摻鍺直拉硅中的雜質(zhì)缺陷及其光伏應(yīng)用研究.pdf

1、太陽能發(fā)電被認為是解決能源短缺最有效的途徑之一，近10年來，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模正以超過30％的速度增長。為了滿足大規(guī)模的應(yīng)用，傳統(tǒng)晶體硅太陽電池面臨著高轉(zhuǎn)化效率，長使用壽命，低制造成本，尤其是薄片化帶來的挑戰(zhàn)。由于摻Ge能夠增強硅片強度，抑制體內(nèi)空洞型缺陷，促進直拉硅中氧沉淀以及內(nèi)吸雜能力，特別是能夠減少破片和翹曲，使得摻Ge直拉硅具有薄片太陽電池上有很好的應(yīng)用前景。 本文在本研究組發(fā)明的微量摻鍺直拉硅單晶生長的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了摻G

2、e直拉硅基于光伏應(yīng)用的原生材料特性，以及在電池工藝過程中的雜質(zhì)缺陷行為，不僅具有較強的理論研究意義，而且對實際電池制備和材料應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用。其主要創(chuàng)新成果如下： 系統(tǒng)研究了摻Ge直拉硅原生晶體的少子壽命及電學(xué)活性中心的分布規(guī)律。實驗指出：摻Ge能夠改變原生晶體中的電活性缺陷(包括熱施主和Ge關(guān)復(fù)合體)的形成規(guī)律，并改變少子壽命沿晶體生長方向的分布。通過熱施主的形成實驗證實：低濃度和高濃度摻Ge都能抑制熱施主的形成，隨著G

3、e濃度升高抑制作用更加明顯，高濃度摻Ge還能夠改變熱施主的電學(xué)特性，使熱施主對應(yīng)的紅外吸收峰轉(zhuǎn)變?yōu)槲諑?；高溫預(yù)處理能夠改變熱施主的形成速率，在低摻Ge直拉硅中，高溫RTA分解原生氧沉淀后，熱施主的形成能在短期內(nèi)增強甚至超過普通直拉硅，在隨后的熱處理中增強效應(yīng)迅速消失：另外，Ge關(guān)復(fù)合體對O2i的俘獲對抑制熱施主形成起主要作用。 系統(tǒng)研究了摻Ge直拉硅原生晶體中BO復(fù)合體相關(guān)的光照壽命衰減現(xiàn)象。研究證實：摻Ge能夠有效減少BO復(fù)

4、合體的飽和密度，對硅片的少子壽命起到了穩(wěn)定的作用。摻Ge不改變O2i的遷移能，但在略高于室溫的條件下，BO復(fù)合體的穩(wěn)定性和分解速率和Ge摻雜有關(guān)。研究認為：Ge關(guān)復(fù)合體對O2i的俘獲，以及Ge對BO復(fù)合體結(jié)構(gòu)的擾動，是減少光照衰減的主要原因。 研究了Fe和Cu沾污的摻Ge直拉硅單晶的少子壽命特征。摻Ge能夠抑制FeB的分解和形成過程。在摻Ge直拉硅中，低溫下Cu沾污后硅片的壽命較普通直拉硅樣品低，但在高溫下Cu沾污后的少子壽命高

5、于普通直拉硅樣品，被認為與摻Ge引起的原生空位型缺陷行為等影響有關(guān)。系統(tǒng)研究了直拉單晶硅片的表面金字塔織構(gòu)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)：金字塔的長大是通過{111}表面原子的逐層剝離實現(xiàn)的，大的金字塔傾向于占據(jù)小金字塔的長大空間，因此會導(dǎo)致金字塔的分化和消失。根據(jù)幾何光學(xué)計算，隨機金字塔織構(gòu)具有較低的反射率下限，800nm對應(yīng)的反射率僅為0.083。實際金字塔的不規(guī)則表面和棱邊，以及大量亞微米級的小金字塔都是造成反射率上升的原因。研究

6、表明：硅片的微缺陷(BMD)能夠影響金字塔織構(gòu)的性能，高密度的BMD會促進金字塔的異質(zhì)形核并抑制其均勻形核，導(dǎo)致金字塔分布稀疏和大小不均，密度達到107cm-3以上的BMD能夠明顯增加織構(gòu)硅片的反射率，使織構(gòu)性能下降。研究進一步發(fā)現(xiàn)：摻雜濃度(1016～5×1019 cm-3)的Ge對直拉硅在堿溶液中的腐蝕速率沒有影響，當摻Ge原生硅片中的BMD密度小于107cm-3時，摻Ge不改變原生直拉硅片的織構(gòu)特性。 通過對比普通太陽電池