硅凝固生長(zhǎng)過程中孿晶和位錯(cuò)形成與演變模擬研究.pdf

1、多晶硅太陽能電池因生產(chǎn)成本低和光電轉(zhuǎn)換效率較高而成為光伏市場(chǎng)主流。但多晶硅太陽能電池因位錯(cuò)等晶體缺陷的存在，比單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率要低。降低定向凝固多晶硅中位錯(cuò)等缺陷密度成為業(yè)界努力的目標(biāo)之一，然而實(shí)驗(yàn)上尚難以在硅晶體生長(zhǎng)過程之中觀測(cè)分析缺陷的形成，對(duì)缺陷形成機(jī)理缺乏深入的認(rèn)識(shí)。本文運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，硅原子間相互作用采用Tersoff勢(shì)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，就多晶硅中位錯(cuò)和孿晶這兩類最重要的晶體缺陷開展了模擬研究。
　　本研

2、究主要內(nèi)容包括：⑴硅生長(zhǎng)孿晶形成于{111}密排面上，是一個(gè)在密排面上HCP結(jié)構(gòu)和FCC結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，且HCP結(jié)構(gòu)逐漸占優(yōu)直至占據(jù)整個(gè)區(qū)域的過程。能量分析發(fā)現(xiàn)，硅原子在{111}密排面上的錯(cuò)排能非常低，生長(zhǎng)過程兩種結(jié)構(gòu)同時(shí)出現(xiàn)的概率非常高。當(dāng)硅晶體沿{111}面生長(zhǎng)時(shí)，固液界面保持穩(wěn)定并為密排面，形成孿晶概率最高；沿(110)和(112)面生長(zhǎng)時(shí)，固液界面均會(huì)轉(zhuǎn)化成被{111}小面包圍的之字型界面，孿晶在{111}小面上形成，形成概率比

3、沿{111}面生長(zhǎng)時(shí)低；沿(100)面生長(zhǎng)時(shí)，固液界面穩(wěn)定，未能形成{111}小面，整個(gè)生長(zhǎng)過程中也沒有形成孿晶。⑵硅晶體生長(zhǎng)過程中位錯(cuò)的形核是伴隨在孿晶的形成過程之中，在{111}小面上競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的HCP結(jié)構(gòu)和FCC結(jié)構(gòu)之間容易形成位錯(cuò)。不同面位錯(cuò)形核的難易程度由大到小的順序?yàn)椋?100)面>(110)面>(112)面>(111)面。硅晶體沿相同晶面生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)溫度越高，位錯(cuò)越難形成。⑶硅晶體生長(zhǎng)過程中易形成三種位錯(cuò)，它們是伯氏矢量為1

4、/6<112>、1/12<111>的不全位錯(cuò)和1/6<110>梯桿位錯(cuò)。這些位錯(cuò)在晶體生長(zhǎng)過程中伴隨著分解和合成復(fù)雜變化，如伯氏矢量為1/2<110>的全位錯(cuò)會(huì)分解為兩個(gè)伯氏矢量為1/6<112>的不全位錯(cuò)；伯氏矢量1/6<112>的不全位錯(cuò)仍會(huì)分解為亞穩(wěn)態(tài)的1/12<111>的不全位錯(cuò)；而兩個(gè)伯氏矢量為1/6<112>的不全位錯(cuò)會(huì)合成一個(gè)伯氏矢量為1/6<110>的梯桿位錯(cuò)。⑷位錯(cuò)形成后會(huì)反作用于硅晶體的生長(zhǎng)過程。當(dāng)硅晶體沿(110)