太陽電池用晶體硅中的金屬沉淀及吸雜.pdf

1、太陽能是取之不盡的重要新能源.在所有太陽電池材料中,晶體硅占據(jù)了80％以上的市場份額,是制造太陽電池最主要的基礎(chǔ)材料.為了降低成本,低質(zhì)量多晶硅原料的利用增加了太陽電池中金屬沾污的可能性,同時(shí)高效太陽電池的制備對硅中金屬雜質(zhì)以及缺陷行為和性質(zhì)的掌握提出了更高的要求。因此,研究太陽電池用晶體硅的缺陷工程對于光伏產(chǎn)業(yè)向高效低成本方向發(fā)展具有非常重要的意義.
　　 本文利用微波光電導(dǎo)衰減儀、電流/電容-電壓特性曲線測試系統(tǒng)、掃描紅外顯

2、微鏡、擇優(yōu)腐蝕結(jié)合光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、擴(kuò)展電阻等一系列測試技術(shù)和手段,研究了直拉單晶硅和鑄造多晶硅中金屬雜質(zhì)和缺陷的性質(zhì),取得了如下主要的創(chuàng)新性的結(jié)果:
　　 (1)研究了Cu雜質(zhì)在單晶硅中的擴(kuò)散和沉淀行為并首次提出了這種Cu雜質(zhì)的自吸雜現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)在Cu雜質(zhì)沾污硅片時(shí),如果沾污量較少,反而會使得硅片少子壽命升高,在多晶硅中也存在此現(xiàn)象.在較高溫度沾污時(shí),硅片表面的Cu雜質(zhì)向硅片體內(nèi)內(nèi)擴(kuò)散的過程中,表面的富Cu層對硅片體內(nèi)的

3、Cu雜質(zhì)具有一定的吸雜作用,也即Cu雜質(zhì)的自吸雜現(xiàn)象。
　　 (2)系統(tǒng)研究了多晶硅中缺陷對Cu雜質(zhì)沉淀以及吸雜行為的影響。發(fā)現(xiàn)在低溫沾污情況下,缺陷作為Cu雜質(zhì)吸雜中心,使更多的Cu雜質(zhì)留在硅片內(nèi)部,嚴(yán)重降低硅片少子壽命;但在高溫沾污情況下,基于高密度缺陷的吸雜作用,Cu雜質(zhì)由于被分散在缺陷周圍而不能形成大粒徑沉淀,而在低缺陷密度區(qū)域的晶粒內(nèi)部可以形成大粒徑沉淀。進(jìn)一步地,磷吸雜實(shí)驗(yàn)指出:由于大粒徑Cu沉淀溶解較困難,高溫沾污

4、的樣品中低缺陷密度區(qū)域的Cu雜質(zhì)相對難以被吸雜。
　　 (3)定量研究了Ni雜質(zhì)對晶界能級特性的影響。利用特殊的單晶界鍵合樣品,結(jié)合電流/電容-電壓特性曲線法,分析了Ni雜質(zhì)沾污對晶界能級特性的影響,發(fā)現(xiàn)在肖特基結(jié)中,Ni沾污的晶界引起的漏電流要明顯大于潔凈晶界;C-V測試發(fā)現(xiàn),Ni沾污改變了晶界帶電特性;進(jìn)一步的計(jì)算證明,Ni沾污以后,晶界能級態(tài)密度增加2倍左右,晶界相關(guān)能級的載流子捕獲截面增加約1-2個(gè)數(shù)量級。
　　

5、 (4)定量研究了Fe雜質(zhì)對晶界能級的影響以及H對Fe沾污晶界的鈍化行為.利用特殊的鍵合樣品,制作“Au(Al)/鍵合樣品/InGa”結(jié)構(gòu),結(jié)合I-V/C-V測試分析,發(fā)現(xiàn)Fe雜質(zhì)的沾污急劇增加晶界的電學(xué)活性,主要原因是Fe沾污使晶界處能級態(tài)密度升高約1個(gè)數(shù)量級,同時(shí),使晶界相關(guān)能級的載流子捕獲截面較原始值提高2-3個(gè)數(shù)量級.實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),H鈍化可以在一定程度上減弱Fe雜質(zhì)引起的電學(xué)活性升高,但不能完全去除Fe沾污帶來的影響。
　　

6、 (5)首次研究了晶界上Au雜質(zhì)的吸雜行為。利用n型鍵合樣品結(jié)合擴(kuò)展電阻表征手段,發(fā)現(xiàn)替位態(tài)的Au雜質(zhì)也具有被晶界吸雜的性質(zhì),且沾污溫度越高晶界上Au雜質(zhì)含量越高;其后,利用磷吸雜工藝,研究了晶界與磷擴(kuò)散層之間的競爭吸雜,發(fā)現(xiàn)硅片體內(nèi)的Au雜質(zhì)較易吸除,但晶界上Au雜質(zhì)較難吸雜;最后,通過變溫吸雜技術(shù)有效地吸除了晶界上的Au雜質(zhì)。
　　 (6)得到了基于變溫快速熱處理的磷吸雜優(yōu)化工藝。通過在硅晶體體內(nèi)引入點(diǎn)狀以及星狀兩種Cu沉