多晶硅锭高氧浓度与少子寿命的研究

在多晶硅定向凝固高少子、低氧区域通入含氧气体,研究氧浓度对多晶硅锭少子寿命的影响程度。研究结果表明,当间隙氧浓度低于4.5×10~(17)cm~(-3)时,对于铸造多晶硅少子寿命的影响非常小;当间隙氧浓度为4.5×10~(17)~7.0×10~(17)cm~(-3)时,降低平均少子寿命0.50μs;当间隙氧浓度高于7.0×10~(17)cm~(-3)时,硅锭少子寿命受到极大影响,平均少子寿命降低到1.50μs,形成红区。因此,只有当铸造多晶硅尾部间隙氧浓度达到7.0×10~(17)cm~(-3)时,才可能形成尾部红区。     

铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响

应用微波光电导衰减仪(μ-PCD)测得了铸造多晶硅硅锭沿生长方向少子寿命的分布图。结果显示:距离硅锭底部4~5cm以及顶部约2cm的范围内均存在一个少子寿命值过低的区域,而硅锭中间区域的少子寿命值较高且分布均匀。通过将样品在200℃下热处理10min,根据处理前后少子寿命值的变化,获得了间隙铁浓度沿硅锭方向的一维线性分布曲线。从曲线中可以发现铁在硅锭两端浓度较高,这与硅锭冷却过程中铁从坩埚向硅锭底部发生的固相扩散以及铁的分凝特性有关。另外通过傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)测试发现间隙氧浓度在硅锭底部较高,呈现从硅锭底部向顶部逐渐降低的趋势。研究结果表明硅锭中存在的高浓度的氧、铁等杂质为影响其少子寿命值的关键因素。     

热退火对太阳电池用多晶硅特性的影响

对多晶硅片进行三步退火处理,用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和准稳态光电导衰减法(QSSPCD)测硅片退火前后氧碳含量及少子寿命,并对单晶硅片做同样处理进行比较。实验发现:经三步退火后,多晶硅比单晶硅氧碳含量下降的幅度大,这表明多晶硅内部形成的氧沉淀多,其体内的高密度缺陷如晶界、位错等对氧沉淀的形成有促进作用。多晶硅与单晶硅少子寿命大大提高,可能是由于高温退火后晶体内部形成氧沉淀及缺陷的络和物可以作为电活性杂质的吸除中心,从而减少了分散的载流子复合中心,提高了硅片的少子寿命。变化趋势的不同与晶体内部结构有关。     

快速热处理工艺下金属杂质对铸造多晶硅少子寿命的影响

利用离子注入技术在铸造多晶硅中分别引入铜、铁、镍杂质玷污,用微波光电导衰减(μ-PCD)仪测试技术研究了铜、铁、镍杂质对硅片少子寿命的影响.研究发现:原生铸造多晶硅片和离子注入铜、铁、镍杂质的多晶硅片经1000℃常规热处理2h后少子寿命值都会降低,下降幅度基本一致.原生硅片在低中温条件下,少子寿命值呈现先下降后上升的趋势;当硅片经高温RIP后,其少子寿命值得到明显改善.低中温RTP条件下,经铜、镍杂质玷污的硅片随着退火温度的升高,少子寿命变化不大.高温RTP条件下,经铜、铁、镍杂质玷污后硅片的少子寿命迅速下降.实验结果表明高温RTP能够提高杂质含量较低硅片的少子寿命,而对杂质含量较高硅片的少子寿命有负面影响.     

用开路电压法测硅太阳电池中少数载流子寿命

太阳电池基区的少数载流子寿命是影响电池效率的重要因素之一。开路电压衰减法(OCVD)具有直接、简单、重复性好等特点，可准确测量器件的少数载流子寿命。该文分别介绍了利用纳秒激光器和发光二极管(LED)作为OCVD的光源，测量晶体硅太阳电池的少子寿命，结果发现可以利用脉冲信号发生器带动发光二极管作为脉冲光源，取代纳秒激光器，来测量单晶硅和多晶硅太阳电池的少子寿命。     

β-Si_3N_4涂层抗脱落性及对高效多晶硅性能的影响

采用喷涂法分别制备以α-Si_3N_4粉和β-Si_3N_4粉为原料的坩埚内壁用氮化硅涂层,进行烧结和多晶硅铸锭,利用扫描电子显微镜分析铸锭前后涂层形貌、X射线衍射分析仪分析铸锭前后涂层物相、少子寿命测试仪检测硅锭少子寿命以及红区长度等。结果表明:与α-Si_3N_4涂层相比,β-Si_3N_4涂层铸锭后高温稳定性强,与石英坩埚结合牢固,几乎无脱落现象。铸锭后α-Si_3N_4涂层颗粒呈类球形、竖直堆垛于坩埚表面,而β-Si_3N_4涂层颗粒呈六方短柱体、平行叠加于坩埚表面,恰好垂直于杂质扩散方向,故更有利于阻挡杂质的扩散。在不显著影响少子寿命的基础上,β-Si_3N_4涂层坩埚铸成的硅锭边缘红区更短、成品率更高。     

直拉硅片中间隙氧和硼对太阳电池光衰减影响的研究

为研究间隙氧和硼对于硅片少子寿命和光衰减的影响，实验中采用不同氧碳含量、不同掺杂浓度的p型(100)的直拉硅(Cz-Si)片制作太阳电池，设计了不同温度、气氛的热处理工艺。发现：太阳能级直拉单晶硅片中间隙氧含量和硼的掺杂浓度的不同对于硅片少子寿命的影响有一定的规律；硅片少子寿命值在650℃热处理时有轻微下降，而在后续650℃和950℃的热处理中有着显著的提高。当电阻率一定时，低氧的样片有利于少子寿命的提高；而在氧含量相同的情况下，掺杂硼的浓度越低，对于少子寿命的提高越有利。     

多晶硅太阳电池少子寿命的数值模拟

主要引入载流子的有效迁移率和有效扩散长度两个物理量,对多晶硅的少子寿命进行数值模拟.在此基础上建立了多晶硅太阳电池的一维物理模型,采用数值模拟方法对其在AM1.5太阳光入射下的电池输出特性Lsc、Voc、FF和η进行模拟计算,着重分析了晶粒尺寸和基区少子寿命对多晶硅太阳电池性能的影响.模拟结果表明,晶粒尺寸和少子寿命是影响多晶硅太阳电池性能的两个关键因素.当少子寿命较低时,晶粒尺寸对电池效率的影响不大,此时电池效率的提高受限于少子寿命;当少子寿命增大时,电池效率随晶粒尺寸的增大显著提高.同时,从模拟结果可得到电池效率与少子寿命和晶粒尺寸之间的定量关系.     

杂质和缺陷对铸造多晶硅寿命分布的影响

铸造多晶硅的原生少子寿命沿晶锭生长方向呈倒U字型分布,对应于硅锭体内缺陷和主要杂质的规律性分布.硅锭中部Fe浓度低,微缺陷较少,对应的体寿命相对较高.硅锭底部高浓度的O、Fe杂质及高密度微缺陷导致了该区域体寿命偏低;硅锭顶部存在高浓度的C、Fe杂质及大量微缺陷,尤其是高密度位错与铁的相互作用导致该区域体寿命偏低.大量沉淀和结构缺陷并存使得晶锭底部和顶部的材料难以通过吸杂和钝化来改善少子寿命.     

少子寿命值对太阳电池生产的监控作用

研究了太阳电池工艺过程中少子寿命值的变化,揭示了少子寿命值在太阳电池生产过程中的应用.通过比较工艺前后少子寿命值的变化,可以优化生产工艺,提高电池转换效率,改善电池的性能.经过工艺优化后,多晶硅太阳电池(非绒面)的平均转换效率达到14.75%.     

铸造单晶硅性能和应用分析

以G6型多晶硅定向凝固铸锭炉生长的铸造单晶硅为研究对象,对其性能特点及应用进行分析.铸造单晶硅中含有位错、亚晶粒、多晶晶粒、间隙态元素和硬质点等缺陷.在铸造单晶硅制备过程中,因长晶界面不平及杂质存在的原因,硅锭生长时存在较大的应力,致使硅原子排列出现错排,从而导致位错、亚晶粒和多晶晶粒的产生,其中多晶晶粒的晶向主要有(...     

多晶硅太阳电池的等离子体预处理研究

采用H2、NH3和H2 NH3等离子体在沉积氮化硅薄膜之前对多晶硅片进行预处理,采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)制备氮化硅薄膜,然后印刷烧结.利用准稳态光电导衰减法(QSSPCD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见近红外分光光度计(UV-VIS)等手段研究了等离子体预处理对多晶硅少子寿命的影响以及等离子体预处理对氮化硅薄膜FTIR光谱的影响和多晶电池性能的影响.结果表明:经等离子体预处理后多晶硅的少子寿命有所提高,使用H2 NH3混合等离子体预处理后,制备的多晶电池的性能有明显提高,短路电流能提高约7%.     

多晶硅“碳头料”清洗使用研究

通过自配的SORNID系列清洗液研究了其对多晶硅“碳头料”的清洗效果及清洗“碳头料”后对多晶铸锭的影响。采用红外探伤检测仪（IR探伤）、微波光电导衰减仪（μ-PCD）和傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）进行了综合表征。研究表明：SORNID-3清洗液对“碳头料”清洗效果明显,使用120kg清洗后“碳头料”完全满足多晶铸锭的工业要求,所铸晶锭具有厘米级大晶粒,呈柱状晶粒结构;平均少子寿命能达到3．57gs,晶棒少子寿命分布呈倒U型,收益率能达到69．16％;硅片替位碳含量低于10ppm。     

利用电致发光技术快速测定晶硅太阳电池少子寿命

结合理论分析,讨论太阳电池电致发光的影响因素,提出利用电致发光技术来测定晶硅太阳电池的少子寿命。在完成测试定标后,对比目前普遍使用的微波光电导衰退法,对电致发光法测定单晶和多晶硅少子寿命进行实验验证。结果表明,电致发光测试方法能快速、稳定、准确地测定晶硅太阳电池的少子寿命。     

氮化硅薄膜对晶体硅材料和电池的钝化效果研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在P型直拉单晶硅硅片和铸造多晶硅片以及太阳电池的表面上 沉积了非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并研究了氮化硅薄膜对材料少子寿命和太阳电池性能的影响。研究发现: 氮化硅薄膜显著地提高了晶体硅材料中少子寿命,同时多晶硅太阳电池的开路电压有少量提高,短路电流普遍 提高了1mA/cm2,电池效率提高了2％。实验结果表明:氮化硅薄膜不仅具有表面钝化作用,也有良好的体钝化 作用。     

背钝化膜特性对PERC单晶硅太阳电池的影响研究

研究了氧化铝膜与氮化硅膜厚度,以及氮化硅折射率对PERC单晶硅太阳电池电性能的影响,结果表明,氧化铝膜较薄、氮化硅膜较厚时,PERC单晶硅太阳电池的V_(oc)与I_(sc)明显提高,电池效率提升明显;并且结合不同工艺参数的少子寿命及量子效率,证明了背钝化膜钝化作用的优势。     

热处理对氮化硅薄膜光学和电学性能的影响

使用PECVD在单晶硅硅片表面沉积了非晶氮化硅(a-SiNx∶H)薄膜,采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较,并研究了退火对薄膜光学性能以及材料少子寿命的影响。研究发现:氮化硅薄膜经热处理后厚度降低,折射率先升高后降低;沉积氮化硅薄膜后400℃退火可以促进氢扩散,提高少子寿命,超过400℃后氢开始逸失,衬底少子寿命急剧下降。另外,还发现RTP处理过程中氢的逸失比常规热处理快。     

Si N~+/P/P~+太阳电池的数值模拟与分析

提出了单晶硅N /P/P 太阳电池的物理模型,采用数值模拟方法对其在AM1.5太阳光入射下的电池特性进行了模拟计算,分析了基区少子扩散长度和基区厚度对短路电流密度和转换效率的影响,着重分析了基区少子寿命对转换效率等电池特性的影响.模拟结果表明,在综合考虑了各种损耗机制的前提下,转换效率等电池特性都随基区少子寿命和少子扩散长度的增加而增大,并且从电池输出特性与基区少子寿命的关系曲线上可以方便地获得少子寿命所对应的短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率的值,为实验提供有力的理论依据和参考.     

高效多晶铸锭技术研究

多晶硅铸造过程中出现了大量杂质和缺陷,造成了多晶硅少子寿命降低。位错是常见的缺陷,极大影响了多晶硅的质量。本文结合多晶硅铸造过程中遇到的问题,重点研究不同形核材料、长晶界面及长晶过程中温度梯度对位错的影响,以提高高效多晶硅片的转换效率。     

多孔硅对多晶硅太阳电池中缺陷和杂质的吸除效应

吸杂是减少硅中杂质和缺陷，提高多晶硅太阳电池效率的一种有效手段。本文比较了用三种吸杂方式对多晶硅进行处理的结果和影响：多孔硅吸杂，磷吸杂，多孔硅结合磷吸杂。三种吸杂方式都能明显提高多晶硅的少子寿命。在此基础上研究了多孔硅吸杂的工艺，发现多孔硅吸杂的效果随退火的温度和时间影响比较大，在800℃氮气气氛下退火3h，多晶硅的少子寿命能由原来的1．4μs提高到25．6μs。相比之下，多孔硅吸杂工艺简单，更适合工业生产。