物理提純硅磷吸雜及其太陽(yáng)電池光衰減性能的研究.pdf

1、人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以晶體硅太陽(yáng)電池為主的世界太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)取得突飛猛進(jìn)式的發(fā)展。在本世紀(jì)伊始，太陽(yáng)能級(jí)硅材料曾一度緊缺而成為束縛光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，硅材料市場(chǎng)價(jià)格因此暴漲，從2005年之前的每公斤50～60美元上漲至2008年的300～400美元以上，硅材料的緊缺局勢(shì)在最近兩年里隨著國(guó)內(nèi)外硅材料生產(chǎn)企業(yè)的紛紛投產(chǎn)才得以逐漸緩解。在太陽(yáng)能級(jí)多晶硅不同生產(chǎn)工藝當(dāng)中，物理提純法(亦稱冶金法)由于其生產(chǎn)成本相對(duì)于西門(mén)子法比較低廉，約在20美

2、元/公斤以下，加之生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行，被視為最有可能取代傳統(tǒng)改良西門(mén)子法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的有效途徑。由于物理提純硅是從純度約為99％(2N)的冶金級(jí)硅通過(guò)冶金和物理提純工藝直接提純至5N而來(lái)，因而材料性能不及傳統(tǒng)改良西門(mén)子法生產(chǎn)的高純硅(＞7N)，制備出的太陽(yáng)電池效率相對(duì)于高純硅太陽(yáng)電池也較低。因此，在物理提純硅材料制備成電池之前對(duì)其進(jìn)行吸雜工藝研究以期提高電池的性能是尤為必要的。本論文主要針對(duì)物理提純晶體硅片進(jìn)行磷(P)吸雜工藝研究，

3、優(yōu)化吸雜工藝參數(shù)以期盡可能提高其少子壽命等電學(xué)性能，同時(shí)將吸雜硅片和原生硅片以同樣工藝制備成太陽(yáng)電池以檢驗(yàn)吸雜工藝的效果并進(jìn)行光衰減性能方面的研究。論文工作主要包括以下幾點(diǎn)：
　　 1.光伏產(chǎn)業(yè)及太陽(yáng)能級(jí)硅材料綜述。簡(jiǎn)要概述了當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況；太陽(yáng)能級(jí)硅材料在近年來(lái)仍然是決定晶體硅電池生產(chǎn)成本的主要因素，本文對(duì)其生產(chǎn)與發(fā)展概況作了系統(tǒng)的概述，其中對(duì)太陽(yáng)能級(jí)硅材料的一些主要生產(chǎn)方法，尤其是當(dāng)前研究得比較熱門(mén)的物理提純法，均作了

4、比較詳細(xì)的介紹。
　　 2.物理提純硅P吸雜工藝研究。通過(guò)調(diào)整吸雜溫度、吸雜時(shí)間和P源流量等參數(shù)對(duì)吸雜工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期盡可能最大限度地提高硅片少子壽命等電學(xué)性能。吸雜前后采用WT2000型少子壽命儀對(duì)硅片進(jìn)行少子壽命測(cè)試；為了定量地檢驗(yàn)吸雜工藝的效果，研究過(guò)程中還采用了電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)對(duì)吸雜前后的硅片進(jìn)行了定量地測(cè)試和分析，同時(shí)將吸雜硅片和原生硅片以相同的工藝制備成太陽(yáng)電池，以此與上述ICP-OES

5、測(cè)試結(jié)果結(jié)合起來(lái)共同檢驗(yàn)和分析P吸雜的效果。
　　 3.研究影響物理提純硅片少子壽命的主要因素。晶體硅片中，特別是在多晶硅片中位錯(cuò)密度的高低通常被認(rèn)為是決定硅材料少子壽命等電學(xué)性能的主要因素。針對(duì)物理提純硅片中高含量的雜質(zhì)和高密度的位錯(cuò)等大量的微缺陷，對(duì)其在1100℃～1400℃范圍內(nèi)進(jìn)行高溫退火熱處理，研究硅片體內(nèi)位錯(cuò)密度及少子壽命和電阻率等電學(xué)性能的變化情況。實(shí)驗(yàn)中采用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察位錯(cuò)密度變化情況，同時(shí)采用WT2

6、000型少子壽命儀和四探針測(cè)試儀對(duì)硅片的少子壽命和電阻率進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)高溫退火后的硅片體內(nèi)位錯(cuò)密度和少子壽命以及電阻率均隨著退火溫度的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，這說(shuō)明了對(duì)于高雜質(zhì)含量的物理提純硅片，位錯(cuò)密度并不是決定其少子壽命的主要因素，決定其少子壽命變化的主要因素應(yīng)該是其中雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和分布及其在硅片內(nèi)部造成的大量微缺陷等。
　　 4.物理提純硅太陽(yáng)電池光衰減性能研究。采用金鹵燈作為模擬太陽(yáng)光源，每隔一定的時(shí)間(如

7、1 min，5 min，10 min等)對(duì)電池進(jìn)行I-V特性測(cè)試，從而描繪出電池的轉(zhuǎn)換效率η,開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc、填充因子FF等主要性能參數(shù)的衰減變化曲線。同時(shí)對(duì)吸雜電池片和原生電池片光衰減變化情況作出相應(yīng)的比較和分析。結(jié)果表明：物理提純單晶硅片衰減幅度比較明顯，尤其是η、Voc、Isc、最大功率點(diǎn)功率(Pm)衰減幅度較大，特別是在光照的開(kāi)始階段最大，隨后逐漸趨于平緩；串聯(lián)電阻(Rs)略呈增大趨勢(shì)，并聯(lián)電阻(Rsh)略呈降低