太陽電池用晶體硅中金屬雜質(zhì)與缺陷的相互作用研究.pdf

1、光伏發(fā)電是近年來發(fā)展最快的可再生能源技術(shù)之一，而晶體硅太陽電池占據(jù)了全球光伏市場90％以上的份額。硅材料尤其是多晶硅材料內(nèi)的金屬雜質(zhì)和缺陷對(duì)于硅片質(zhì)量及太陽電池的性能影響較大，是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題之一。因此，研究硅中金屬雜質(zhì)與缺陷具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用背景，也是適應(yīng)硅太陽電池低成本、高效率的發(fā)展趨勢的必然要求。
　　本文在綜述前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用少子壽命測試儀、電流-電壓/電容-電壓測試儀、光學(xué)顯微鏡等

2、技術(shù)，結(jié)合鑄造多晶硅生產(chǎn)實(shí)際中的問題，系統(tǒng)地研究了金屬雜質(zhì)與位錯(cuò)的相互作用、金屬雜質(zhì)與晶界的相互作用及金屬雜質(zhì)對(duì)于對(duì)硅片和太陽電池電學(xué)性能的影響，取得了如下主要的創(chuàng)新成果:
　　(1)研究了鑄造多晶硅邊緣區(qū)域（紅邊區(qū)）低少數(shù)載流子壽命的起因及對(duì)太陽電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):來自坩堝與坩堝涂層中間隙鐵雜質(zhì)的擴(kuò)散是導(dǎo)致邊緣區(qū)域硅晶體少子壽命降低的主要原因;通過磷擴(kuò)散吸雜，可以有效減少邊緣區(qū)域的間隙鐵濃度，從而提高該區(qū)域的有效載流子壽命

3、;經(jīng)歷太陽電池制備工藝后，含邊緣區(qū)域的太陽電池片的性能可以得到大幅度改善，僅僅比普通電池片效率略低。
　　(2)研究了金屬雜質(zhì)對(duì)硅中晶界電學(xué)性能的影響。闡述了Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn幾種金屬沾污對(duì)于(110)/(100)大角晶界的電學(xué)性能參數(shù)的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn):在幾種金屬沾污后，晶界的能級(jí)分布均向深能級(jí)范圍移動(dòng)，晶界態(tài)密度有不同程度的提高，載流子捕獲截面也有所增大，其中Fe雜質(zhì)對(duì)于晶界態(tài)密度的影響最大;隨著金屬沾污含量的增

4、大，導(dǎo)致晶界的能級(jí)分布更深、晶界態(tài)密度增大;Cu/Ni在共沾污時(shí)晶界的缺陷能級(jí)分布比Cu與Ni單種金屬沾污導(dǎo)致的晶界能級(jí)位置更深，晶界態(tài)密度略有增大。實(shí)驗(yàn)還指出:通過特定條件的熱處理，可以降低金屬沾污晶界的態(tài)密度及載流子捕獲截面;通過低溫退火調(diào)控晶界上金屬沉淀的尺寸及密度分布，進(jìn)而可以調(diào)控晶界的電學(xué)性能、改善金屬沾污晶界的多晶硅器件性能;通過氫鈍化，晶界引入的能級(jí)分布在更窄的范圍，空穴捕獲截面也降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右，晶界態(tài)密度略有降低。

5、
　　(3)研究了位錯(cuò)對(duì)晶體硅電池性能的影響。結(jié)合普通鑄造多晶硅、高效鑄造多晶硅以及鑄造單晶硅，得到了位錯(cuò)分布對(duì)于硅片質(zhì)量及太陽電池的性能影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):高效多晶硅由于具有更低的位錯(cuò)密度，更均勻的晶粒分布，表現(xiàn)出均勻的少子壽命分布，電池效率高于普通多晶硅電池;鑄造準(zhǔn)單晶硅材料硅錠中間的單晶區(qū)域不含有晶界，位錯(cuò)密度較低，硅片性能最好、電池效率最高;而鑄造準(zhǔn)單晶硅邊緣含有多晶和大量的位錯(cuò)聚集體，缺陷密度極高，對(duì)少子壽命影響很大、電池效

6、率也最低。實(shí)驗(yàn)還說明:位錯(cuò)密度與位錯(cuò)分布的均勻性對(duì)于硅材料的質(zhì)量以及太陽電池的性能有著顯著地影響，位錯(cuò)密度越高、位錯(cuò)的聚集體越多，電池的效率越低。
　　(4)研究了硅中金屬雜質(zhì)的磷擴(kuò)散吸雜效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):對(duì)于n型硅晶界上的金雜質(zhì)沾污，磷擴(kuò)散吸雜可以有效吸雜出晶界處的雜質(zhì)，但吸雜效率受沾污程度影響;在低濃度沾污下，一步磷吸雜可以有效吸雜出晶界上的金雜質(zhì);而在嚴(yán)重沾污下，兩步變溫磷吸雜更為有效。實(shí)驗(yàn)證明:在普通工藝磷擴(kuò)散樣品中，表面死