太陽能級多晶硅標準的初探(編輯修改稿)
2024-11-15 15:13 本頁面
【文章內容簡介】 有 致衰減（ LID）效應（效率降～ 10％， 30％） 在空氣中 200℃ 加熱下，可完全恢復 原因： 含 O和 B的材料在光照下形成 B－ O絡合物深能級（ )， 結構 (BsO2i、 BiOi、 BO5） 還有爭議 形成 熱激活能 ,分解激活能 解決方法： (1) 減少 O含量（ ~ )。 (2) 摻 Ga替代 B； (3) 采用精細冶煉（ UMG）或等離子體精細 冶煉 ( PP UMG）減少 B（ ) 相當于 B1ppma （ 4） MCZ或 FZ生長降低 O含量； （ 5）改用 n型襯底材料，改變電池工藝。 為了預防硅太陽電池的光致衰減現象， 硅中 O5ppma, B1ppma! 對 O、 C、 N、 H的討論 （ 1）氧 [O]在多晶硅中起重要作用： ? O在硅中分凝系數為 ~,其濃度在錠中底高頭低； ? 以間隙狀態(tài) Oi存在，可過飽和，濃度 1017～ 1018cm－ 3； ? O在多晶硅冷卻中（ 350～ 550℃ ）形成熱施主和新施主，改變電子濃度； ? 高氧情況， O可能形成沉淀，且常在多晶的晶界和缺陷上； ? 高氧高硼多晶硅中，可形成 B－ O絡合物，造成光致衰減（ LID）現象； ? 應盡可能降低多晶硅中氧濃度 , 建議最好中 [O] ~ , 至少應低于室溫下中紅外吸收法探測 O的極限， [O]5x1017cm－ 3。 （ 2） 碳 [C]在多晶硅中的作用： ? C 在硅中分凝系數為 ~,其濃度在錠中底低頭高； ? C 在硅中固溶度 4x1017cm－ 3，一般含 C 量 1016～ 1017cm－ 3， 過量時可能出現 SiC沉淀； ? C在多晶硅中的熱性質和 O密不可分： ? C可作為異質核促進新施主的形成和氧的沉淀； ? C可促進 BO絡合物的形成，造成光致衰減（ LID）現象。 ? 應盡可能降低多晶硅中碳濃度 , 建議 應低于室溫下中紅外吸收法探測碳的極限， [C]－ 3。 （ 4）氮 [N]在多晶硅中的作用 ? N不是主要雜質，在硅中分凝系數很小硅錠中底少頭多； ? N在多晶硅中以 N對形式存在，電中性； ? 多晶硅中 NO絡合物是淺的熱施主，但影響不大； ? 有研究表明，摻少量的 N，可增加硅硬度，對防止多晶硅的破裂有利； ? N可能會對多晶硅中氧沉淀、氧施主產生作用； ? 多晶硅中 [N]一般 (2~5)x1014cm3。 （ 5）氫 在多晶硅中的作用 ? H可鈍化多晶硅中的雜質和缺陷的電活性，增加少子壽命，改善性能； ? H可飽和多晶硅中晶界、表面的懸掛鍵，大大降低界面態(tài)和界面復合，提高電池的開路電壓和光電轉換效率； ? H可和硅中金屬、 B等雜質形成 MH和 BH絡合物減少它們的電活性； ? 在 金屬硅液中通入潮濕的氫氣，可有效地去除 B（ 但要注意安全！ ）； ? 所以， 應該積極開展 H在多晶硅中作用的研究和應用。 太陽電池和 IC對雜質純度要求的比較 太陽電池和 IC 對硅材料 的 要求 比較 器件名稱 晶體硅太陽電池 單 晶硅晶體管和 IC 器件功能 將光（太陽）能轉換為電能 完全電信號的放大或邏輯運算 面積 大 很小，微小 功率 大 小 均勻性 中 很高 可靠性 高 很高 壽命 10 ～ 20 年 106小時 以上 材料消耗 很大 很小 材料成本 很低，才能推廣 較高些可接受（保證質量） 材料制備 化學法、物理冶金法（低成本） 化學法（改進西門子法） 對具體元素要求 有待進一步研究 有待進一步研究 材料要求 單晶硅（頭尾料、鍋底料） 多晶硅、 S oG － Si 6N － 7N ？ 單晶硅， 電子純， 9N 以上 三、對半導體參數的要求 P－型還是 N－型？ 晶體硅太陽電池采用： N+PP+背電場或 P+NN+背電場結構； 襯底 (有源區(qū)）采用 P型或 N型原則上都可以，但有區(qū)別： 襯底 P型（ N+PP+背電場結構）： 少子（電子）壽命較長； 同等結構參數下光電轉換效率較高（～ 1％）； 抗輻射能力強（ 表面 n型，空穴壽命不易減少）。 襯底 N型（ P+NN+背電場結構）： 少子（空穴）壽命較短； 同等結構參數下光電轉換效率較低（～ 1％）； 抗輻射能力較弱（ 表面 p型，電子壽命易減少）。 所以：通常硅太陽電池采用襯底 P型（ N+PP+背電場結構），工藝成熟！ 但 當 P型材料含有較多 B、 O時，易產生光致衰減現象（ LID） ， 采用 N型
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