多晶硅生产工艺论文

小伙伴们反映都在为论文烦恼，小编为大家精选了《多晶硅生产工艺论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！摘要：光伏產业对高效率和低成本太阳能电池的需求促进了太阳能电池制造工艺的不断优化。在制造过程中，控制硅晶片尺寸和硅中杂质浓度的需求变得越来越重要。目前，太阳能电池的标准化生产线包括采用柴可拉斯基工艺制作硅锭，将硅锭切块，晶圆切片，纹理化，发射极扩散，边缘隔离，抗反射涂层，丝网印刷，退火以及最终测试。

第一篇：多晶硅生产工艺论文

压延铜箔生产工艺概述

摘要：综述了国内外压延铜箔的生产现状，分析了压延铜箔的生产工艺和关键技术，指出厚度控制、表面质量和表面处理是铜箔生产的关键环节，全面、全过程和全员参与的质量管理制度是压延铜箔生产的保证;介绍了电子铜箔的种类、应用领域和工业标准;综合对比了电解铜箔与压延铜箔的性能，与电解铜箔相比，压延铜箔具有更好的延伸性和耐折性，更高的软化温度和强度，更低的表面粗糙度，指出压延铜箔是制造挠性印刷线路板基板的关键材料.

关键词：压延铜箔; 挠性印刷线路板; 电解铜箔; 生产工艺; 关键技术

文献标志码： A

Overview of the Production Process on Rolled Copper Foil

TIAN Juntao

（China NERIN Engineering Co.， Ltd.， Nanchang 330032， China）

Following an introduction of the production of rolled copper foil worldwide，the production process and key technology of the rolled copper have been analyzed，in which the thickness control，surface quality and surface treatment are the essential processes.The allround quality management guarantees the production of rolled copper foil.In addition，based on the applications and industrial standards of electronic foil，a comprehensive comparison has been made on various properties between the electrolytic copper foil and rolled copper foil.Comparatively，rolled copper foil has better extensibility and folding resistance，higher softening temperature and strength，lower surface roughness，which is one of the key materials in manufacturing flexible printed circuit board substrate.

Key words：

rolled copper foil; flexible printed circuit board; electrolytic copper foil; production process; key techniques

0前言

国民经济的快速发展以及生活水平的迅速提高，带动了通讯、消费性电子产业的飞速发展.便携式电子产品已经成为人们生活的必需品，如数码相机、液晶电视、汽车导航仪、移动电话、笔记本电脑、CD唱机和游戏机等.消费者对电子产品轻、薄、短、小的性能追求永无止境，从而要求其核心部件之一——印制电路板更薄、更轻，配线密度更高，性能更稳定.而铜箔是制造印制电路板的关键材料之一，在印制电路板中主要起导通电路、互联元器件的重要作用，被称为电子产品信号与电能传输、沟通的“神经网络”.微电子技术的飞速发展对铜箔提出了更高的要求，主要表现在高（物理性能和高可靠性）、低（低表面粗糙度）、薄（9 μm及以下）、无（无外观缺陷）4个方面.压延铜箔因其强度、延展性、抗弯曲性、导电性和致密度均优于电解铜箔，能很好地满足高端挠性印制电路板的性能要求，因此被广泛用于制造高频、高速传送和精细线路的印刷电路板.

1铜箔的用途

铜箔是将高纯度的铜材，经过压延加工或电化学等方法制成的一种箔状制品.铜箔根据生产工艺的不同可分为压延铜箔和电解铜箔，其在电子工业中的应用如图1所示.

图1铜箔在电子工业中的应用

Fig.1Application of copper foil in electronics industry

2我国电子铜箔的生产情况

与国外铜箔企业相比，国内生产的电子铜箔产品在档次和技术水平上仍有不小的差距[1].表1为国内18家主要铜箔企业填报至电子铜箔分会的各种规格、类型铜箔的产量及比例.从表1中可以看出，国内电子铜箔占比最大的品种是35 μm铜箔，占整个铜箔产量的42.3%;其次是18 μm铜箔，占比为28.8%.18 μm以下及35 μm以上铜箔的占比远低于日本电子铜箔业产品结构中的同类产品.

3印制线路用金属箔的分类和标准

3.1印制线路用金属箔的质量分级

印制线路用金属箔按特性的质量保证水平差异分为3个等级.3级：适用于要求保证等级最高的应用场合;2级：适用于电路设计、工艺及规范一致性要求允许局部区域不一致的应用场合;1级：适用于要求电路功能完整、力学性能和外观缺陷不重要的应用场合[2].

3.2铜箔的行业标准

世界上权威铜箔标准见表2.国内铜加工箔材指厚度≤0.05 mm的带材;国外指厚度≤0.1 mm的带材.

3.3PIC-4562《印制线路用金属箔》金属箔

近年来IPC标准在国际社会得到广泛的使用及认可.最新PIC-4562《印制线路用金属箔》标准涉及的金属箔共9种，其型号及详细规范见表3[2].

3.4印制线路用金属箔的技术要求

IPC-4562印制线路对金属箔标准的主要技术要求，包括外观、尺寸、物理性能、工艺、工艺质量、金属箔纯度和质量电阻率等，见表4.

4电解铜箔与压延铜箔的性能对比

压延铜箔是将铜锭经过不断碾轧制成，其结晶形态呈片状结构，与电解铜箔相比，具有更好的

延展性、柔软性、抗弯曲性和更高的强度，故压延铜箔常用于挠性覆铜板中;同时由于表面粗糙度较低，致密度较高，有利于高频信号的传输，极大地减少了信号的损失.因此，在精细线路，高频、高速传送的PCB等高端产品中必不可少.电解铜箔与压延铜箔的主要性能比较见表5[3].

5压延铜箔的品种和规格

5.1压延铜箔的品种

目前，除了一般压延铜箔品种之外，还有高挠曲性压延铜箔、高强度（压延铜合金箔）压延铜箔和薄型化压延铜箔等品种.压延铜箔采用不同的耐热层表面处理，可根据耐热层表面处理方式不同，划分为多个压延铜箔品种[4].目前常用的有3个不同表面处理的压延铜箔品种，即BHN、BHC和BHY，见表6.

5.2压延铜箔的规格

根据IPC-4562，压延铜箔的总厚度包括所有处理层，最小厚度不应小于表7中标称值的95%，最大厚度不应超过最大箔轮廓，表7中标称厚度的110%.没有规定标准轮廓箔的最大厚度要求.

6国内外压延铜箔的生产现状

世界上压延铜箔的生产集中度较高，其核心生产技术被日本和美国少数几个生产商掌握，并且占据了压延铜箔的大部分市场份额.全球主要的压延铜箔生产厂家有日矿金属、福田金属、奥林黄铜和日立电线等.

国内压延铜箔的生产起步较晚，工艺比较陈旧，如使用成卷真空炉退火、小4辊慢速轧制等.产品宽度<200 mm，厚度>50 μm，生产效率和成品率低，力学性能的均匀性、稳定性差，产品尺寸精度较差，存放时间短，容易氧化变色等，不能满足国内电子铜箔市场的需求.经表面处理的压延铜箔，国内还不能生产，一些覆铜板厂家只能以电解铜箔为原料生产档次较低的柔性印刷线路板.由于市场需求巨大，使得压延铜箔项目成为铜加工领域新的投资热点，国内新建的压延铜箔生产线见表8[5].

7压延铜箔的生产工艺和关键技术

7.1压延铜箔的生产工艺

压延铜箔的生产工艺如图2所示.

压延铜箔的生产难度大，设备精度要求高，国内高精度压延铜箔生产尚处于起步阶段，相关研究刚刚开始.铜箔生产线一般以厚度为0.1～0.4 mm铜带为坯料.

7.2压延铜箔轧机的选型

压延铜箔生产方式的主要区别在于轧机的选型.箔材轧制的特点是对轧机的厚控系统、张力、速度和冷却润滑的控制要求严格.因此，要求轧机的刚度大、结构精密，要尽量减小轧辊的辊径.目前欧、美国家箔材轧制采用20辊或18辊轧机，而日本箔材的轧制通常采用X型6辊轧机.在实际生产中，对于超薄产品（厚度<0.05 mm），业界趋向采用X型6辊或18辊轧机生产[6].图3为18辊轧机的辊系示意图.

7.3压延铜箔生产的关键技术

7.3.1 铜箔轧制

压延铜箔要求比铜带具有更小的厚度偏差、更好的平整度和更小的残余应力.在线路板高速蚀刻线上，铜箔偏厚或偏薄，都会导致线路出现蚀刻残留或过蚀刻现象.铜箔轧制为压延铜箔生产的关键工序，而铜箔轧制过程中的厚度、速度、张力和表面质量控制尤为重要.

（1） 厚度控制

根据最小轧制厚度公式：

Hmin≥i58 μ（1.155Rp-q）DE

（1）

式中：Hmin为最小轧件厚度;D为工作辊直径;E为轧辊材料弹性模量;μ为摩擦因数;Rp为轧件材料的屈服强度;q为平均张应力.

铜箔轧制属于极限压延，在0.035 mm以下厚度轧制时使用无（负）辊缝为主体的AGC控制方式.在无（负）辊缝状态下，轧辊的变形已是一个非圆轮廓，接触弧长等于轧辊压扁，辊缝已全部压靠，其压下量与轧制压力大小已无绝对关系，即轧制力的增强变化对箔材厚度的变化影响已经很小，轧制过程完全由控制张力和轧制速度的大小来完成.铜箔轧机的厚度控制主要通过张力控制环和速度控制环来实现.

根据斯通方程，轧制箔材厚度越薄，则要求轧机的工作辊辊径越小.最小可轧厚度与工作辊直径成正比关系.如果采用的工作辊直径太小，则不宜获取更高的轧制速度用于减薄;并且不宜获取更高的轧制扭矩.因此，对于铜箔轧制，应当综合考虑最小可轧厚度、轧制扭矩及轧制速度，来获得合适的工作辊径.

（2） 轧制速度及除油效果

轧制速度是铜箔轧制的一个重要参数，其大小直接决定轧机的生产效率;是衡量轧制技术水平高低的重要指标;也是实现箔材轧制厚度减薄的重要因素.轧制速度越高，进入变形区的油膜厚度越厚，有利于减薄.随轧制速度的增加，摩擦因数则降低，减少了变形阻力，降低了能量消耗.

由于铜箔厚度极薄，单卷铜箔的长度极长，所以铜箔轧机高速稳定轧制是实现高效率生产的前提.以质量为4 t、宽度为650 mm、厚度为18 μm铜箔为例，采用400 m/min的速度高速轧制，轧制单道次仍需要1.5～2 h.因此如何实现铜箔高速稳定轧制是铜箔生产的关键技术之一.

轧机除油效果对轧机的轧制速度和相关生产影响很大.主要表现在以下几个方面：增加带材表面的残油含量，导致增加生产成本;降低轧机的轧制速度，降低生产效率;轧机除油效果不好，导致铜箔表面残油量过高，卷曲容易打滑，进而影响卷取质量;轧机除油效果不好，会降低轧机排烟系统抽吸效果，导致轧制油雾逸散至整个车间，因而会恶化车间环境.

铝箔轧机一般为4辊轧机，双合轧制6.5 μm厚度时，速度可达到2 400 m/min，其原因是铝的变形抗力较铜小，比热为铜的2.3倍，所以冷轧时产生的变形热使铝产生的温升不太明显，铝合金轧制时可以采用闪点不太高的煤油作为基础油.铜合金的热容比铝合金小得多，变形抗力又大，变形热较大，轧制过程中产生的变形温升比轧制铝箔大得多，高速、高温轧制时易使轧制油挥发或焦化，带面易发乌，因此轧制铜合金只能用闪点达140 ℃的机油做基础油.其黏度远比铜箔用轧制油大.由于轧制油黏度大，轧制铜箔时采用高速轧制带面除油相当困难.

铜带冷轧机常见的除油手段有：压缩空气吹扫除油、挤干辊除油、5辊除油、刮油条除油、小辊除油、真空抽吸除油和3M辊除油等，但仅仅靠上述某一种手段很难达到除油效果.所以，现在的轧机除油通常采用上述两种或多种手段进行组合除油.过多的除油方式配置不但增加轧机机组的长度，还为生产维护增加了困难，降低了生产效率.通常轧机除油采用的除油手段及组合方式主要根据生产带材表面质量要求、机组速度、生产成本及维护难度等方面综合决定[7].

（3） 轧制张力

轧制张力是铜箔轧制厚度控制的重要手段，同时也是消除轧制缺陷、获得良好板型、实现稳定轧制的重要途径.铜箔轧制时选取更大的张力值，可以实现稳定轧制，有利于板型控制，能有效降低轧制压力，减少能耗，防止带材打滑.通常后张力则对防止咬入“跑偏”和降低轧制力更为有效，而前张力对消除“波浪”和“压皱”等缺陷明显有效.

在轧制铜箔过程中，轧件很容易出现“波浪”、“压皱”和“跑偏”等现象，因此应采用较大的张力加以消除.相比“跑偏”的概率，“波浪”和“压皱”对宽幅铜箔轧制更容易出现，所以轧制时前张力应比后张力更大[8].通常单位张力q的取值范围为（0.2～0.4）σ0.2.

轧制张力对厚度的调节功能与轧制时的摩擦因数有关.摩擦因数越小，张力的厚度调节功效越大，润滑油膜厚度与轧辊粗糙度决定了轧制摩擦，速度越高则进入轧辊间的润滑油量越多.但是随着轧制过程的进行，热力学条件发生变化，轧制摩擦力会随着温度升高而升高，在生产时还需要考虑润滑油的黏度变化对润滑条件的影响，找到合适的速度—油量—黏度—张力的组合关系.

（4） 铜箔轧制的表面质量

表面质量是压延铜箔的重要指标之一.外观要求包括：清洁度、针孔、气隙度、麻点、压痕、缺口、撕裂、皱折和划痕等.铜箔轧制时的工艺润滑、轧辊的表面粗糙度、轧制油过滤精度和外部环境是影响铜箔表面质量的3个重要因素.

① 轧制变形区的润滑状态

工艺润滑对压延铜箔轧制过程具有重要的作用.油膜厚度不同及不同润滑状态，对板型控制、铜箔的最小可轧厚度将有重要影响，尤其影响退火后的表面清净性和轧后表面质量.因此控制轧制变形区的润滑状态是压延铜箔生产的关键技术之一，而轧制油运动黏度和道次压下率是影响轧制变形区的润滑状态的关键因素[9].

② 轧辊表面质量

轧辊是实现铜箔变形的直接工具.轧制时，冷轧辊的受力状态和工作环境极其复杂，其表面物理性能，如硬度、粗糙度、表面抗剥离性和耐腐蚀性等，直接决定轧材的表面质量.因此，对磨削精度、硬度和材质都有非常严格的要求.铜箔专用冷轧辊通常为调质硬质合金钢，工作辊表面硬度（HS）高达95以上，使用时表面粗糙度要求控制在0.05 μm以下，因此工作辊表面必须在专用磨床上超细精磨.

③ 轧制油过滤精度和车间环境

铜箔针孔产生的原因较多，润滑油、空气中的颗粒在压延过程中都有可能被压到箔面而产生针孔，所以外部环境及轧制油过滤精度都需要有较高的要求.铜箔轧机的轧制油过滤系统其过滤精度要求<2 μm.铜箔轧制工作环境洁净度要求较高，洁净度应该在10万级以上.由于我国空气质量较差，恶劣的空气污染事件时有发生，尤其在北方，冬天风沙较大，因此要求铜箔生产车间的通风设计应该综合考虑通风换气、净化、夏天散热和运行能耗等方面因素.

7.3.2铜箔的表面处理

PCB用铜箔可分为电解铜箔和压延铜箔，两种“制箔”工艺相差甚远，而“后处理工程”一般分为粗化和固化、耐热与防蚀抗变色3个主要步骤.具体工艺流程[10]如图4所示.

图4压延铜箔表面处理工艺流程

Fig.4Surface treatment process of

rolled copper foil

（1） 粗化和固化处理

需要对压延铜箔表面进行粗化处理主要是由于压延铜箔表面非常光滑，表面粗糙度一般只有1 μm左右，未经过处理的铜箔表面基本无法与树脂压合.因此为了提高铜箔与基板的黏结力，在铜箔表面电镀一层瘤状结晶颗粒，以增加铜箔的表面粗糙度.

（2） 耐热层处理

耐热层处理的主要作用是在毛面形成一层隔离层，使铜箔与基板隔离.经过耐热层处理后的铜箔与树脂绝缘基板结合时，能抑制铜离子向树脂层扩散，防止胶在后续熟化工序中，铜箔与树脂反应，而产生色斑和剥离问题.

（3） 防氧化处理

铜箔在空气中很容易氧化变色，防锈层主要功能是防止铜箔在存储、运输及压合制程中氧化变色.目前防锈处理多采用ZnNi及NiCr合金层电镀，再浸泡被覆一层有机硅烷.

8影响铜箔轧制的质量因素

影响铜箔轧制质量的主要因素如图5所示.在生产过程中，设备、坯料、工艺、人员和环境5大因素基本均为铜箔生产的关键质量因素.

图5影响铜箔轧制质量的因素

Fig.5Influencing factors on the quality

of the copper foil rolling

产品质量实现过程就是对产品质量发生综合作用的过程.在生产中只有全员参与、全面和全过程的质量管理，才能把5大因素切实有效地控制起来，使之处于受控状态.压延铜箔生产过程必须借助先进的质量管理理念和手段，实行精益管理，才能保证产品的一致性.

9结论和建议

（1） 随着电子信息产品向小型化、轻量化、薄型化、多功能和高可靠性方向发展，给挠性印制电路板用铜箔提供了广阔的市场需求，同时也要求铜箔具有更好的延伸性、强度、耐折性，更高的软化温度，更低的表面粗糙度，压延铜箔能很好地满足这些性能需求.

（2） 相比电解铜箔生产，压延铜箔提高性能及开发新产品的手段灵活，可以通过带坯材料的微合金化、控制轧制加工率、调整退火工艺、调整轧制速度和前后张力等多手段配合.

（3） 我国有色金属加工产量已经位居世界第一，但是压延铜箔的产能和生产技术主要集中在日本和美国，每年不得不大量进口高性能铜箔.根据我国有色金属加工发展历程，可以预见，压延铜箔将成为我国有色金属加工新的投资热点.

（4） 生产工艺流程长、技术复杂、生产成本高、生产环境要求高、产能集中度过高以及投资大是限制压延铜箔发展的主要因素;提高成品率、降低生产成本、打破产业垄断是提升压延铜箔市场竞争力的关键手段.

（5） 铜箔生产的关键技术包括铜箔轧制过程中的厚度控制、板形控制、表面质量以及铜箔的表面处理，现有的技术都掌握在少数的外国公司手中，技术封锁十分严重，国内相关的文献资料很少，因此国内铜箔行业需要加强合作，消化吸收已引进的生产设备和工艺，打破垄断.

（6） 设备、坯料、工艺、人员和环境是影响铜箔轧制质量的关键因素，它们对产品质量综合作用过程，就是产品质量的实现过程.铜箔生产可以借鉴铝箔生产的技术和管理经验，有利于快速提升铜箔的生产管理水平.

（7） 铜箔的生产对环境的洁净度和温度均有较高的要求，生产工艺复杂，设备精度极高，因此选择专业的工程设计单位可以减小新建压延铜箔生产线的投资风险.

参考文献：

[1]董有建.我国电子铜箔行业现状及未来发展趋势[J].电子信息材料，2012（1）：11-12.

[2]高艳茹.印制线路用金属箔标准的发[J].印制电路信息，2001（1）：17-19.

[3]赵京松.压延铜箔的现状及发展趋势[J].上海有色金属，2012，33（2）：96-99.

[4]祝大同.挠性FPC用基板材料的新发展（4）—FPC 用压延铜箔的新成果[J].印制电路信息，2005（5）：6-10.

[5]李晓敏.我国压延铜箔的生产与消费[J].有色金属加工，2010，31（3）：124-127.

[6]冯天杰，韩新俊，徐继玲，等.压延铜箔生产技术探讨[J].铜加工，2011（4）：19-21.

[7]张杰.铜带精轧机除油问题分析及探讨[J].有色金属加工，2010，39（4）：27-28.

[8]王跃进.宽幅紫铜压延箔轧制工艺的设计思路[J].上海有色金属，2012，33（3）：113-115.

[9]刘娜娜，孙建林，等.铜箔轧制润滑状态与表面质量的研究[J].功能材料，2012，43（9）：1181-1184.

[10]王斌.压延铜箔表面处理工艺的初步研究[J].铜业工程，2013，122（4）：16-17.

[11]蔡积庆.FPC用压延铜箔[J].印制电路信息，2008（5）：29-33.

[12]李文康.电解铜箔制造技术探讨[J].上海有色金属，2005，26（1）：18-19.

[13]钟卫佳.铜加工技术适用手册[M].北京：冶金工业出版社，2007：1033-1035.

作者：田军涛

第二篇：优化n型接触极钝化多晶硅太阳能电池的硼扩散工艺

摘要：光伏產业对高效率和低成本太阳能电池的需求促进了太阳能电池制造工艺的不断优化。在制造过程中，控制硅晶片尺寸和硅中杂质浓度的需求变得越来越重要。目前，太阳能电池的标准化生产线包括采用柴可拉斯基工艺制作硅锭，将硅锭切块，晶圆切片，纹理化，发射极扩散，边缘隔离，抗反射涂层，丝网印刷，退火以及最终测试。该生产线的每个步骤都可以分别进行优化，以提高太阳能电池的效率。文中主要研究n型接触极钝化多晶硅太阳能电池的硼扩散过程，研究扩散曲线对太阳能电池效率的影响。首先，使用EDNA2进行仿真模拟以确定重掺杂区的参数，进而使用Quokka软件进行进一步模拟，从而获得光伏参数开路电压(VOC)和填充因数(FF)，并确定最佳扩散温度和时间，为后续的实验节省大量时间并提供指导方案。通过对扩散温度和氧化时间的分析，优化扩散过程中的相关参数，提高太阳能电池的性能。最终将实验结果与模拟结果相对应，判断工艺优化是否有效，符合预期结果。

关键词：硼扩散温度;氧化时间;EDNA 2;Quokka;光电转化效率;

文献标志码：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2020.0215开放科学(资源服务)标识码(OSID)：

Optimization ofboron diffusion in n-type

polysilicon passivated contact solar cells

LI Chen，Udo R-mer，Alison Lennon

(The University of New South Wales，Sydney 2052，Australia)

which attempts to

optimise relevant parameters during the diffusion process，thereby improving solar cells’performance.

What has been done previously is possible to compare

the emitter recombination results with the calculation values，an important step to check if the optimisation of the diffusion process effective.

Key words：boron diffusion temperature;oxidation time;EDNA2;Quokka;solar cell efficiency

在太阳能电池的标准生产线中，扩散是重要的一步，因为掺杂杂质形成P-N结将有效的改善半导体的电性能。例如，将硼掺杂到硅中可以形成n型硅晶片，第III族元素具有3个价电子，这些元素可以接受一个电子形成具有稳定结构的硅晶格。具体来说，硼掺杂到硅中后，只需约0.02 eV的能量即可获得电子，并在室温条件下轻松使其完全电离[1-2]。与此同时，通过硼的扩散，可以有效提高少数载流子的寿命并降低表面重组率，从而极大的提升太阳能电池的转化效率[3-4]。

1模拟实验

在实验之前进行仿真模拟可以显着减少实际实验时间和成本。为了优化硼扩散工艺，首先使用EDNA 2來确定重掺杂区的重新结合速率。并通过Quokka模拟获得太阳能电池参数，如开路电压(Voc)和填充系数(FF)等。

EDNA 2是一款对于硅材料内部一维发射极模拟的程序，它将根据掺杂数据，表面重组速度和入射光谱来计算发射极饱，电流密度(JOE)和内部量子效率(IQE)[5]。

Quokka是一款基于常规半导体载流子传输模型对硅太阳能电池进行三维仿真的软件。这意味着，与传统的仿真软件相比，它需要的工作量更少，并且对硅太阳能电池的影响不大，从而提高模拟准确度。该软件物理原理基于7个独立的部分：电荷载流子传输模型，硅特性，光学建模，自由能损耗分析，发光建模，外部电路和量子效率。计算步骤的详细信息将显示在“Quokka 2manual”中[6]。

1.1EDNA 2 模拟

EDNA 2，将会根据用户上传的掺杂分布数据来计算发射极的薄层电阻。它将结合连接深度(zj)，净电离掺杂浓度(N(z))和多数载流子的迁移率(μmaj)通过下列公式计算出表面电阻[8]。

ρsq=1

q*∫Z j0μmaj(z)*N(z)*dz

(1)

与此同时通过设置表面上的载流子密度和边界条件将会得知表面复合效果，同时也会显示连接深度与载流子之间的关系。根据载流子浓度可以得出结合处的电流和电压以及对应表面复合速率[9-10]。

图1显示了发射极薄层电阻和饱和电流的变化，当表面浓度接近与1e19 cm-3时，发射极薄层电阻随表面浓度的增加而减小，同时饱和电流趋于稳定。薄层电阻降低的主要原因是俄歇复合的大量发生。因此可以得出结论，当掺杂剂浓度超过5e19 cm-3时，太阳能电池器件应具有较高的饱和电流和较低的薄层电阻，这意味着在此范围内太阳能电池具有潜在的高转换效率。

1.2Quokka模拟

对于近表面区域，Quokka将会使用薄层电阻和表面重组率来进行模拟实验。该数据可通过实验测得，进而提高了模拟的准确性。同时，Quokka还解决了该设备的稳态电气特性，这意味着可以输出太阳能电池的大多数特性，例如开路电压，短路电流，最大功率点，串联电阻等。在此步骤中，将使用上一部分所模拟出的发射极电阻和饱和电流密度。主要模拟参数显示在表2中。

图2显示了模拟后太阳能电池的几何形状，与此同时图3显示了内部载流子流动以及自由能损耗分析(FELA)其中包含复合损耗和电阻损失。根据该图可得知，太阳能电池总损耗约为23.3 mW/cm2，钝化上部分的复合效应和电阻损耗占据了大部分损耗。造成该现象的主要原因是大多数载流子在表面汇集并产生了复合，从而对短路电流造成较大影响。因此，提高研究太阳能电池效率的最好方法是尝试减少表面复合损耗和电阻损耗[13]。

图4显示了掺杂剂浓度对转换效率，填充系数(FF)和开路电压(Voc)对太阳能电池各项参数的影响。随着掺杂浓度和结深的增加，转换效率将会逐步增加到最大值。为了形成较深的结，需要较长的扩散时间或更高的扩散温度。但是，当掺杂剂浓度大于4e19 cm-3时，结较深的太阳能电池的转换效率更高。

对于填充系数而言，随着结深度的加深以及掺杂剂浓度的提高，该值将会增高。通过观察可以得知，开路电压与光电转化效率有着相同的变化趋势，当转化效率达到最大值时，存在着最大的开路电压。根据模拟结果显示，如果掺杂浓度低，则横向电导率将降低，从而使FF减小。同时，更深的结深度可以使太阳能电池具有更高的转换效率，最佳掺杂剂浓度为2e19 cm-3.仅通过优化该工艺，可将最佳转换效率提升至21.8%.在下一部分中，将重点关注较高的扩散温度以及氧化时间的变化。

2实验设计及结果

原始硅片是具有纹理表面的3.9 cm*3.9 cm的n-型掺杂多晶硅直拉硅晶圆。经过RCA清洗后，晶圆将分为2个不同的组;第1组的变量为扩散温度使用BBr3作为液体源进行扩散反应，温度变化区间为930 ℃到990 ℃，间隔为20 ℃，同时氧化时间为30 min.另一组将会改变氧化时间，分别为5，15和30 min.经过硼扩散后，使用基于涡流电阻率测量的Sinton仪器WCT-120测定载流子寿命，通过准稳态光电导方法(QSSPC)分析测得信号，将其转化为寿命[14-16]。最后将会通过传输线模型(TLM)将用于测量接触电阻[17]。

2.1扩散温度的影响

由于扩散温度对扩散率以及溶解度有着显著的影响，因此扩散温度的改变将会极大的改变掺杂分布。在扩算过程中，杂质粒子需要扩散穿过硅。有2种方法可以帮助促进该过程，即提高温度，可以增加活化能或降低势垒能[18]。

如图5所示，随着扩散温度的不断提高，载流子的寿命随之升高并逐步升至最大值。当扩散温度达到950 ℃时，载流子的寿命可以提高至650 μs，此后将会逐步降低至500 μs.与此同时通过发射极饱和电流密度(JOE)的变化，可以直观的反映出表面复合率对载流子寿命的影响。可以观察到随着温度的不断上升JOE稳步升高。温度的上升将会导致俄歇复合效应发生的增多，进而增加JOE.但是，拥有较低的JOE可以改善太阳能电池在蓝色光区的性能，进而提高光电转化效率。根据载流子寿命和接触电阻的变化，较高的温度将会改善太阳能电池表面质量，增大载流子浓度，降低电阻率提高载流子寿命[19-20]。

2.2氧化时间的影响

通过氧化作用，将会形成SiO2层并增加缺陷的数量，随之改善掺杂的效果。在Si和SiO2层交界处，存在着多数不参与反应的原子，比例约为1∶1 000.这些原子可以移动到Si晶格中，这将使自填隙子远离界面。在此期间，将根据Watkins替换机制发生填隙过程[21-22]。

如图5所示，随着氧化时间的增加载流子寿命随之增长，通常情况，较长的氧化时间将会形成较深的钝化扩算，并且原子有足够的时间移动到晶圆内部。JOE呈现出先增加后递减的趋势，当氧化时间为15 min时，将达到最佳值。超出该范围之后，载流子寿命和JOE均得到轻微改善或降低。

对于接触电阻率，当氧化时间为15 min时，该值也将达到最佳值，如图5所示。当氧化时间不够长，则形成的钝化层将较薄，并且降低钝化层的質量。随着氧化时间的延长，原子会扩散得更深，从而降低表面浓度可。因此，从该图可以看出，最佳氧化时间仍为15 min.实验结果与模拟对比图7展示了模式结果和实际测的数据的对比，由此可以发现，当薄层电阻值较低时，结深对JOE的影响较小。通过降低复合电流密度以及接触极电阻，可以有效的改善复合损失和电阻损耗。

通过对模拟数据和实验室数据的对比，尽管在低薄层电阻区域JOE略高于模拟结果，随着薄层电阻的增加，JOE将更接近于实验模拟值。该结果意味着实验设计和结果符合模拟预期值，并表明可通过后续加工方法的优化，提高表面质量，进而提高多晶硅太阳能电池的转换效率。

3结论

当扩散温度为950 ℃时，氧化时间为30 min时，钝化的效果将会增加到最大值。在这种情况下，太阳能电池具有最高的开路电压和最低的接触电阻率。最高测量寿命为560 μs同时，在这种条件下，接触电阻率也达到了最低值，即0.001 9 Ω·m2.将模拟结果与实验进行比较，可以知道它们具有相同的趋势，这意味着如模拟结果所示，通过对硼掺杂工艺的优化，晶硅片可以有效的提升光电转换效率。

参考文献(References)：

[1] Fara L.Advanced solar cell materials，technology，modeling，and simulation[J].2013.

[2]MarkvartT，Castafier L.Solar Cells：Materials，Manufacture and Operation[D].2005.

[3]Cuevas A.The early history of bifacial solar cells[R].20th European Photovoltaic Solar Energy Conference，2005.

[4]Cousins P J，Smith D D，Luan H C，et al.Generation 3：Improved performance at lower cost[C]//2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference.IEEE，2010：275-278.

[5]Mclntosh K R，Altermatt P P.A freeware 1D emitter model for silicon solar cells[C]//2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference.IEEE，2010：2188-2193.

[6]Quokka 2 Manual[OL].Available：https：//www2.pvlighthouse.com.au/resources/quokka2/QM2/Quokka manual.htm.[Accessed：09-Jun-2019].

[7]Sheet resistance calculator[OL].Available：https：//www2.pvlighthouse.com.au/calculators/sheet resistance calculator/sheet resistance calculator.aspx.[Accessed：07-Jun-2019].

[8]Surface Recombination|PVEducation[OL].Available：https：//www.pveducation.org/pvcdrom/pn-junctions/surface-recombination.[Accessed：30-May-2019].

[9]Richter A，Glunz S W，Werner F，et al.Improved quantitative description of Auger recombination in crystalline silicon[J].Physical Review B，2012，86(16)：165-202.

[10]Yang L，Yang J，Fang X，et al.Boron diffusion of the silicon solar cell with BBr3[C]//Proceedings of ISES World Congress 2007(Vol.Ⅰ-Vol.Ⅴ).Springer，Berlin，Heidelberg，2008：1148-1151.

[11]Nguyen H T，Baker-Finch S C，Macdonald D.Temperature dependence of the radiative recombination coefficient in crystalline silicon from spectral photoluminescence[J].Applied Physics Letters，2014，104(11)：105-112.

[12]Auger P.Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X[J].CR Acad.Sci.(F)，1923：169-177.

[13]Surface Recombination[OL].Available：https：//www.pveducation.org/pvcdrom/design-of-silicon-cells/surface-recombination#footnote1_dqnzyhz.[Accessed：25-May-2019].

[14]FAQs-Sinton Instruments[OL].Available：https：//www.sintoninstruments.com/faqs/.[Accessed：13-Jun-2019].

[15]Kern W.The evolution of silicon wafer cleaning technology[J].Journal of the Electrochemical Society，1990，137(6)：1887-1892.

[16]Explain liquid source and gaseous source diffusion system[OL].Available：http：//www.ques10.com/p/32541/explain-liquid-source-and-gaseous-source-diffusion/.[Accessed：13-Jun-2019].

[17]Shih Y C，Shao Y，Shi F G.Novelceramic additives for screen-printable silicon solar cell metallization[J].Journal of Electronic Materials，2016，45(8)：3999-4004.

[18]Fair R B.Diffusion in silicon[M].Pergamon：Concise Encyclopedia of Semiconducting Materials & Related Technologies，1992.

[19]Ting C Y，Crowder B L.Electrical properties of Al/Ti contact metallurgy for VLSI application[J].Journal of The Electrochemical Society，1982，129(11)：2590-2594.

[20]Eades W D，Swanson R M.Calculation of surface generation and recombination velocities at the Si-SiO2 interface[J].Journal of applied Physics，1985，58(11)：4267-4276.

[21]Watkins G.Effets des rayonnements sur les semiconducteurs[J].Proc.7th Int.Conf.Phys.Semicond.Paris-Royaumont，1964：97-111.

[22]Fair R B.Oxidation，impurity diffusion，and defect growth

in silicon-An overview[J].Journal of the Electrochemical Society，1981，128(6)：1360-1368.

[23]Massimo Rudan.Physics of semiconductor devices[M].Springer New York，2015.

[24]Cuevas A，Yan D.Misconceptions and misnomers in solar cells[J].IEEE Journal of Photovoltaics，2013，3(2)：916-923.

作者：李琛

第三篇：生产工艺对工业雷管生产安全性的影响

摘要：近年来，随着我国基础建设的发展，工业雷管在整个建设事业中的作用正在不断凸显出来。作为新时期背景下的工业雷管生产企业，要想确保整个生产过程的安全，就必须在生产工艺上着力。文章就工业雷管安全生产中的自动填装工艺、延期药的制作工艺、刚性引火材料制作工艺对工业雷管生产安全性的影响及对策进行了研究。

关键词：工业雷管；爆破材料；引火元件；延时药；生产工艺 文献标识码：A

工业雷管作为现代基础建设中必须使用的爆破材料，属于高危险品，在其生产过程中，存在许多危险的环节，包括起爆药生产、延期药生产、引火药头制造、雷管编码、装填、装配等重要危险单元。我国部分雷管生产企业使用的某些工艺存在较高的风险，且安全隐患较多，包括弹性电引火元件、混制延期药、电雷管装填操作不能实现自动化隔离等，其不仅使得电雷管的性能达不到相应的标准，可靠性下降，对于电雷管的生产人员的人身安全也带来了较高的风险，需要不断优化生产技术，并做好工艺控制工作，才能有效提升工业电雷管生产过程的安全性，因此，对该类课题进行深入的研究也是十分有必要的。

1 自动填装工艺

1.1 填装工艺现状

许多工业雷管生产厂家依然沿用较为落后的装填药技术，包括人工加药、人工操作、各个环节之间人工传送等。在该类生产工艺中，主要是以由人员手动完成，个人素质对于操作的规范性有着直接的影响，包括安全意识薄弱、存在侥幸心理、操作技术不过硬、注意力不集中等，留下了较多的安全隐患，安全性得不到保障等。

图1 工业雷管自动填装工艺流程

1.2 自动填装工艺

现在的工艺中，雷管制造的填装工艺基本上可以实现自动化，严格遵循着三少三隔开的基本原则，采用自动填装工艺。自动装填的生产工艺包含的環节较为丰富，包括装填药环节实现人机隔离、自动装药、自动动态监测、自动排除废弃物、自动安全报警、自动化安全联锁等。其基本工艺流程如图1所示。

该技术以其良好的安全性及稳定性，在许多工业雷管生产企业中得到了广泛的应用。

1.3 工艺优势及不足之处

在进行工业雷管的生产过程中，引用自动装填制造工艺，其优势十分明显。其在填装的各个环节均运用到了不同的自动化技术，不仅能够最大幅度地减少人员操作环节，降低了人员的工作量，避免人员接触到危险品，排除人为的安全隐患因素，还能够自动检测填装过程中的异常情况，及时报警，安全性良好。自动装量时，其计量较为准确，且自动将其中的废品排除掉，提高了工业雷管产品的质量，减少了成本投入。其生产效率也较高，可以达到12000发/h，另外设备不易出现故障情况。但是其也存在一定的缺陷，即需要对设备进行专业的保养，对于该项保养技术有较高的要求，才能保障生产活动的顺利进行。

2 延期药的制作工艺

2.1 延期药制作环节的危险性分析

延期药的主要构成成分包括氧化剂、燃速调节剂、可燃剂、黏合剂等化学品，将其全部粉碎达到一定的粒径后，充分混合制作成延期药，具有易燃、易爆的特点。在制作的过程中很难保障其能够充分均匀地混合，且极易出现火灾。如果采用干混的生产方式，在进行干混的过程中，需要严格控制设备的运行，强化生产现场的各项管理工作，严禁出现明火，因此需要投入大量的资金，且管理上也存在较多的困难。如果是利用酒精作为溶剂，采用的湿混生产方式，而酒精具有可燃性、挥发性，也容易发生火灾，情况严重的甚至引发爆炸

事故。

2.2 水混生产工艺

基于上述危险因素，可以采用现代较为先进的水混生产工艺，即利用水作为溶剂，在其中加入制作延期药的原料，再通过一系列的工序，制作出各种粒径的延期药，包括材料混合、预干燥、制作成颗粒、最终干燥、筛分分级等。各类材料在水中的分散性良好，能够充分融合，混合的均匀性较高，使得延期药的质量有保障。水具有不可燃性、无毒性、环保性等特点，在其中进行化学材料的混合，各个材料的可燃性也被有效的抑制，因此不会出现火灾或者爆炸的情况，生产过程更加安全、稳定。

2.3 运用先进的设备

在进行水混生产工艺的过程中，需要使用专用的机械设备，包括混药机、造粒机、筛分机等，其机械性能良好，混合的均匀性高，且能够实现自动化操作，人机隔离，十分安全。在造粒方面，传统的生产工艺中是利用手工造粒，不仅效率不理想，也容易出现危险情况，而造粒机则能够实现人机隔离，机器可以放置于防爆间，进行淋水处理，不仅能够避免操作时形成大量的粉尘，也能够排除人为的因素，减少安全隐患，提高了安全性。

3 刚性引火材料制作工艺

3.1 工艺现状

传统的工业雷管生产的过程中，刚性引火材料的制作，一般是运用人工裸眼焊桥丝、手工抹药头等人员操作，其中产生的挥发性气体会使得操作人员的身体受到较大的损伤，不仅工作效率不佳，所生产的产品质量也得不到保障，属于风险较大的工作。

3.2 刚性引火材料制作工艺

传统刚性引火材料的制作工艺中存在的问题，可以利用新型的工艺予以解决。可以使用钢带冲梳齿，梳齿钢带上塑除油，桥丝焊接，蘸引火药头，并利用远红外技术对药头进行干燥，将药球头干燥完毕后，再在焊机上将其与脚线焊连在一起。其主要的制作流程为：（1）先做好各项准备工作，包括钢带冲梳齿，梳齿钢带上塑除油，桥丝焊接，并进行运输材料，混合引火药、配置胶液等工作，才能进行蘸引火药头及药头红外烘干的工作；（2）上述工作做好后，需要进行、分线、配线并拧紧、注塑并把、装夹子剪线等工作，再将引火药头的脚线焊接在一起；（3）焊接完毕后还需要将废弃的线进行返修，如果合格后，可以继续使用；（4）制作防潮漆，将焊接后的脚线喷涂防潮漆并

烘干。

3.3 设备要求

刚性引火元件生产工艺所需要的机械设备较多，如梳齿冲床、整形冲床、桥丝焊接机、刚性药头塑料上梳机、自动蘸药头机、分线机、月牙板式回转烘干机、注塑机、台式电焊机等，其自动化程度高，焊接质量能够达到国家及行业的标准，产品的质量较为可靠，各个环节都有安全防护措施，避免了操作人员与有毒有害物质的接触，药剂的隔离操作，混药头药、沾药等操作有可靠的安全防护装置，避免了人体与有害气体的接触，提高了生产的安全性，并优化了运作效率。

4 结语

现代许多类型的建设活动面临着复杂的自然条件，需要开展不同规模的爆破活动，工业雷管则成为了使用较为频繁的材料。由于其性质极为特殊，其生产过程也存在较多的危险环节，因此在其生产过程中需要不断优化生产工艺，加强管理措施，保障生产工艺的安全性。本文仅从一般的角度分析了工业雷管生产过程中的几项工艺，实践的过程中，还需要生产人员结合企业的具体情况，包括生产规模、技术条件、人员技术水平等，不断吸收先进的经验，优化生产工艺，不但要提高产品的质量与性能，也要保障生产的安全性，以带来良好的经济效益及社会效益。

参考文献

[1] 卫小燕.浅谈雷管生产企业对静电危害的防护和管理[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012，（1）.

[2] 邓纯青.雷管爆炸安全防护距离的研究[J].科协论坛（下半月），2013，（12）.

[3] 张东平，秦卫东，吴平召，张艳.一种新的导爆管雷管装配自动化生产工艺技术[J].江西科学，2013，31（5）.

[4] 苏俊，刘玉存，王建华，于国强.无起爆药雷管内管装药密度对燃烧转爆轰的影响研究[J].中国安全科学学报，2012，（1）.

作者简介：尤静娴（1986-），女，江苏射阳人，就读于安徽理工大学，广东明华机械有限公司中级工程师，研究方向：民爆器材。

（责任编辑：秦逊玉）

作者：尤静娴