建立太阳能级硅材料标准的先期研究报告

在2002年以前,光伏产业所用的硅原料主要来源于半导体产业中的“废料”（多晶硅制造、拉晶、切片及IC工艺过程中达不到相应要求的硅材料）。据统计,在整个半导体产业链中,大约有30％的硅材料可以通过重新拉晶或铸锭,提供给光伏产业使用。     

快速热氧化制备二氧化硅薄膜的红外研究

通过傅立叶红外吸收光谱分析了不同温度和时间下在硅衬底上快速热氧化(RTO)处理后的样品.结果表明,在处理相同的时间下,随着热处理温度的升高,二氧化硅薄膜的非对称伸展振动模式峰强度增强,其峰位发生了偏移.在800℃下制备二氧化硅薄膜的热氧化动力学规律不同于1200℃下的情况.在800℃下,快速热氧化制备的薄膜中含有非化学计量比的氧化硅(SiOx),SiOxDE再氧化使得薄膜的氧化生长速率不断增加,同时也是导致红外吸收光谱中ASM峰位向长波数方向偏移.在1200℃下,快速热氧化制备的薄膜成份是二氧化硅,这种薄膜具有良好的介电性能.     

太阳电池用掺氮直拉单晶硅中氧沉淀行为的研究

利用傅立叶红外光谱仪研究了掺氮直拉单晶硅(NCZ)和普通直拉单晶硅(CZ)的原生氧沉淀以及模拟太阳电池制备热处理工艺下的氧沉淀行为.结果发现,掺氮直拉单晶硅的原生氧沉淀浓度比普通直拉单晶硅的略高,这是因为氮在晶体生长过程中可以促进氧沉淀.但是在模拟太阳电池制备热处理工艺中掺氮直拉单晶硅和普通直拉单晶硅一样,没有氧沉淀产生.这表明在太阳电池的短时间热处理工艺中,氮不会对氧沉淀产生影响,不会影响磷吸杂的效果.     

晶体硅中的铁沉淀规律

研究了在直拉单晶硅和铸造多晶硅中经1100℃热处理快冷或慢冷条件下所形成的铁沉淀规律及其对少数载流子扩散长度的影响.红外扫描仪照片显示在直拉单晶硅中慢冷却形成的铁沉淀密度较低,而且其尺寸较大;在铸造多晶硅中,铁易在晶界上沉淀,沉淀规律也依赖于冷却速度.表面光电压仪测试结果表明:无论在直拉单晶硅材料中还是在铸造多晶硅材料中,快冷形成的铁沉淀对少数载流子扩散长度影响更大.实验结果可以用铁沉淀生成的热力学和动力学规律解释.     

RF-PECVD法在钢衬底上沉积氮化硅薄膜的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD)在钢衬底上沉积氮化硅薄膜.用台阶仪、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等手段对薄膜的厚度、成分、结构及形貌进行表征,并探讨了各工艺参数对薄膜沉积速率的影响.     

铸造多晶硅中铁的磷吸杂和氢钝化机理

应用微波光电导衰减仪的方法研究了在不同温度情况下引入铁沾污后再分别进行磷吸杂和等离子体增强化学气相沉积钝化处理对铸造多晶硅片电学性能的影响．实验发现：在中、低温（低于900℃以下）情况下被铁沾污后的多晶硅材料经磷吸杂处理后再结合氢钝化可以显著地改善材料的电学性能；而对于高温（1100℃）情况下被铁沾污后的多晶硅材料经磷吸杂处理后其少子寿命降低，使接着进行的氢钝化也没有明显效果．这表明磷吸杂和氢钝化可以有效地改善被铁沾污后的多晶硅的电学性能，但是改善的效果与铁在硅体内的不同存在形态有关．磷吸杂和氢钝化中只对以间隙态或以其他复合体形态存在的铁有明显的吸杂作用，而对于以沉淀形态存在的铁却没有作用；氢钝化在金属杂质被吸杂移走之后才是最有效的．     

铸造多晶硅中的原生杂质

本文主要采用傅立叶红外仪、微波光电导少数载流子寿命仪研究了铸造多晶硅中的原生杂质的性质及分布规律。研究发现,铸造多晶硅中氧的浓度从底部到顶部逐渐降低。铸造多晶硅中碳的浓度分布总的趋势是从底部到顶部逐渐升高。而铸造多晶硅中铁的浓度分布则是底部和顶部浓度高,中间很低,这表明晶体底部高浓度的铁主要是由于铁的分凝所致,而这些铁主要来自于晶体凝固过程中坩埚的沾污。     

抛光前Si(100)单晶片表面粗糙度的研究

采用光学显微镜、原子力显微镜和表面轮廓仪等测试方法系统研究了温度和NaOH浓度对Si(100)单晶片表面粗糙度的影响,结果表明:低温下,硅片表面的缺陷和损伤引起的局部腐蚀速率较大,是造成硅片表面粗糙度大的主要原因;而高温下温度的影响大于表面缺陷和损伤的影响,局部腐蚀速率差减小,硅片表面较为平整。另外,硅片在质量分数为20%~30%的NaOH溶液中腐蚀后粗糙度较小,是因为硅片在此浓度范围的腐蚀液中腐蚀速率较快,而浓度较高时腐蚀速率反而变慢的缘故。     

Ge单晶片的碱性化学腐蚀抛光研究

采用湿法化学腐蚀技术,研究Ge单晶片在NaOH-H2O2体系中的化学腐蚀抛光特性。通过改变腐蚀液配比、腐蚀时间、腐蚀容器,分析锗单晶腐蚀抛光过程的机理及其表面状态变化规律。结果表明:锗单晶在碱性腐蚀抛光后的表面平整度能够接近酸腐蚀的单晶表面;在腐蚀过程中,双氧水分解产生的氧离子极少部分用于锗的氧化,但从动力学角度加快了腐蚀速率,促进了表面抛光的程度。在碱腐蚀条件下,锗单晶的腐蚀速率在一定范围内随氢氧化钠浓度增加呈先增后降趋势,表面粗糙度变化趋势与之相反。     

快速热处理对PECVD碳化硅薄膜性能的影响

使用PECVD在p型单晶硅衬底上沉积非晶碳化硅薄膜,研究快速热处理对薄膜的钝化性能和光学性能的影响.结果显示:随着热处理温度从450℃升高到850℃,薄膜厚度迅速减小;在650℃及以下温度进行热处理后折射率基本不变,但温度继续上升折射率迅速上升;同时热处理对薄膜的厚度和折射率的影响能在很短时间内完成,使薄膜迅速致密化.在低于750℃热处理时,衬底少子寿命增加,在热处理温度高于750℃后少子寿命急剧下降.碳化硅薄膜的反射率在快速热处理之后基本不变.