太陽電池用晶體硅中金屬雜質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的金屬雜質和缺陷對于硅片質量及太陽電池的性能影響較大，是學術界和產(chǎn)業(yè)界關注的重點和熱點問題之一。因此，研究硅中金屬雜質與缺陷具有重要的理論意義和實際應用背景，也是適應硅太陽電池低成本、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上，利用少子壽命測試儀、電流-電壓/電容-電壓測試儀、光學顯微鏡等

2、技術，結合鑄造多晶硅生產(chǎn)實際中的問題，系統(tǒng)地研究了金屬雜質與位錯的相互作用、金屬雜質與晶界的相互作用及金屬雜質對于對硅片和太陽電池電學性能的影響，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太陽電池性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn):來自坩堝與坩堝涂層中間隙鐵雜質的擴散是導致邊緣區(qū)域硅晶體少子壽命降低的主要原因;通過磷擴散吸雜，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)研究了金屬雜質對硅中晶界電學性能的影響。闡述了Fe、Cu、Ni、Cr、Co、Mn幾種金屬沾污對于(110)/(100)大角晶界的電學性能參數(shù)的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn):在幾種金屬沾污后，晶界的能級分布均向深能級范圍移動，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雜質對于晶界態(tài)密度的影響最大;隨著金屬沾污含量的增

4、大，導致晶界的能級分布更深、晶界態(tài)密度增大;Cu/Ni在共沾污時晶界的缺陷能級分布比Cu與Ni單種金屬沾污導致的晶界能級位置更深，晶界態(tài)密度略有增大。實驗還指出: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;通過低溫退火調控晶界上金屬沉淀的尺寸及密度分布，進而可以調控晶界的電學性能、改善金屬沾污晶界的多晶硅器件性能;通過氫鈍化，晶界引入的能級分布在更窄的范圍，空穴捕獲截面也降低了兩個數(shù)量級左右，晶界態(tài)密度略有降低。

5、
　　(3)研究了位錯對晶體硅電池性能的影響。結合普通鑄造多晶硅、高效鑄造多晶硅以及鑄造單晶硅，得到了位錯分布對于硅片質量及太陽電池的性能影響。實驗發(fā)現(xiàn):高效多晶硅由于具有更低的位錯密度，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;鑄造準單晶硅材料硅錠中間的單晶區(qū)域不含有晶界，位錯密度較低，硅片性能最好、電池效率最高;而鑄造準單晶硅邊緣含有多晶和大量的位錯聚集體，缺陷密度極高，對少子壽命影響很大、電池效

6、率也最低。實驗還說明:位錯密度與位錯分布的均勻性對于硅材料的質量以及太陽電池的性能有著顯著地影響，位錯密度越高、位錯的聚集體越多，電池的效率越低。
　　(4)研究了硅中金屬雜質的磷擴散吸雜效應。實驗發(fā)現(xiàn):對于n型硅晶界上的金雜質沾污，磷擴散吸雜可以有效吸雜出晶界處的雜質，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;而在嚴重沾污下，兩步變溫磷吸雜更為有效。實驗證明:在普通工藝磷擴散樣品中，表面死