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铸造多晶硅材料中氧缺陷的研究

俞征峰  
【摘要】:目前,铸造多晶硅材料已经取代直拉单晶硅成为最主要的太阳能电池材料,但是铸造多晶硅电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池的转换效率,这主要是由于铸造多晶硅中存在着高密度的缺陷和高浓度的杂质,如晶界、位错、氧、碳等。其中,氧是最主要的有害杂质元素之一。在材料生长过程中或电池制备过程中,过饱和的氧会在硅中形成热施主,新施主和氧沉淀等,而这些缺陷会显著降低太阳能电池的转换效率。因此,研究铸造多晶硅中氧关缺陷有着很重要的意义。本文在综述前人工作的基础上,采用四探针电阻率测试仪,光学显微镜,透射电镜和傅立叶红外光谱测试仪等较系统地研究了铸造多晶硅中热施主和氧沉淀规律。 热施主实验发现,初始氧浓度高,位错密度高,碳含量低的样品中,所形成的热施主多。这说明碳对热施主的形成有抑制作用;位错对热施主的形成有促进作用;晶界对热施主的形成没有明显地影响,而且碳和初始氧浓度的影响最大。实验还发现,在650℃半小时退火处理可以消除一部分原生热施主。和单晶硅一样,450℃左右为铸造多晶硅的热施主的最佳形成温度。原生热施主对于随后的热施主的形成规律没有明显影响。与常规热处理工艺相比,快速热处理能有效消除铸造多晶硅中的热施主。而且RTP的温度越高,热施主的消除效果越好。 其次,研究了铸造多晶硅中氧沉淀的形成规律。结果表明,单步热处理工艺下铸造多晶硅中氧沉淀的形成规律和单晶硅的基本相似,高初始氧浓度的铸造多晶硅中所形成氧沉淀量较大,在1050℃温度附近单步退火热处理所形成的氧沉淀量最多。但是对比初始氧浓度相当的铸造多晶硅和直拉单晶硅,多晶硅中所形成氧沉淀的量明显高于直拉单晶硅中氧沉淀的量。其次,在含高密度位错的单晶硅中所形成氧沉淀的量远高于无位错单晶硅中氧沉淀的生成量,而有晶界的多晶硅中所形成氧沉淀生成量仅稍微高于无晶界单晶硅中氧沉淀生成量。以上结果说明铸造多晶硅中位错对氧沉淀的形成有明显的促进作用,而晶界则对氧沉淀的促进作用不是很显著。在两步退火实验中,我们发现低温预退火有助于高温下氧沉淀的生成。另外,与直拉单晶硅淀中氧沉淀规律不同是铸造多晶硅中的氧沉淀一般无二次缺陷,这与晶界和位错吸收自间隙硅原子从而促进氧沉淀有关。


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