铸造多晶硅中的原生杂质

【摘要】：铸造多晶硅目前已经成功取代直拉单晶硅而成为最主要的太阳能电池材料。铸造多晶硅材料中高密度的杂质和结晶学缺陷(如晶界,位错,微缺陷等)是影响其太阳能电池转换效率的重要因素。深入地研究材料中缺陷和杂质以及它们对于材料电学性能的影响,有利于生产出高成品率的铸造多晶硅锭,降低铸造多晶硅太阳能电池的制造成本,同时也是制备高效率铸造多晶硅太阳能电池的前提。 本文利用傅立叶红外分光光谱仪(FTIR),微波光电导衰减仪(μ-PCD),红外扫描仪(SIRM),以及光学显微镜(Optical Microscopy)等测试手段,对铸造多晶硅中的原生杂质及缺陷以及少子寿命的分布特征进行了系统的研究。主要包括以下三个方面:间隙氧在铸造多晶硅锭中的分布规律;铸造多晶硅中杂质浓度的分布与材料少子寿命的关系;铸造多晶硅中缺陷的研究及其对少子寿命的影响。本文所得到的主要结论如下: 铸造多晶硅中氧浓度大小及其分布规律对硅锭的质量具有重要的影响。研究发现铸造多晶硅生长过程中,氧沿铸造多晶硅锭生长方向的分布主要取决于生长过程中氧的分凝和氧的挥发。一个包括了氧的分凝和挥发的新模型被用来模拟氧在硅锭中的分布曲线。结果显示模拟曲线能够很好地拟合氧在硅中实际分布曲线。进一步研究表明氧浓度及其的分布曲线受模型中指数X的影响,随着X的增大,硅锭中总的氧浓度将降低且氧的分布曲线变得更加陡峭,这有利于降低硅锭底部低少子寿命区域的高度,提高硅锭的利用率。 采用μ-PCD测得了沿硅锭生长方向(从底部至顶部)的少子寿命分布图。结果显示距离硅锭底部4～5cm,以及顶部2cm的范围内存在一个少子寿命值过低的区域,而硅锭中间区域少子寿命值较高且分布均匀。通过FITR测得硅锭中的氧浓度随硅锭高度的增加而逐渐降低,而碳的分布情形则刚好相反,随硅锭高度增大而增大。间隙铁的分布呈现硅锭中间部分浓度低,而两端浓度显著增加的特征,研究表明铁在底部以及顶部浓度的增加分别与坩埚向硅锭底部进行固相扩散和分凝有关。硅锭底部及顶部区域内高浓度的铁、氧等杂质为影响少子寿命值的关键因素。 此外,本文还利用择优腐蚀结合光学显微镜以及红外扫描仪(SIRM)研究了硅中的缺陷形态及密度分布。我们发现硅锭顶部由于生长过程中的快速冷却