快速热处理对多晶硅中杂质和缺陷行为的影响

论文摘要

铸造多晶硅是光伏产业中最主要的太阳电池材料之一,但铸造多晶硅中高密度的杂质和结晶学缺陷(如位错和晶界等)是影响其太阳电池光电转换效率的重要因素。深入研究材料中缺陷和杂质以及它们对材料电学性能的影响,有利于生产出高质量的铸造多晶硅锭,降低铸造多晶硅太阳电池的制造成本,同时也是制备高效率太阳电池的前提。本文主要研究了不同的热处理工艺对铸造多晶硅中杂质和缺陷行为的影响。并通过高温扩散的方法在硅衬底中引入不同量的Cu、Fe、Ni金属杂质,研究了这三种金属杂质对硅片少子寿命的影响。单步、两步热处理对铸造多晶硅片位错形貌有很大的影响。低温退火时,位错尺寸很大,位错密度较小;随着退火温度的升高,位错尺寸减小,位错密度增大。两步退火时,随着退火温度的升高,硅片体内的缺陷密度增大。铸造多晶硅片经低中温(750、850和950℃)RTP时,硅片的少子寿命明显降低,其中在950℃、保温30s时硅片的少子寿命下降幅度最大;当高温(1050℃)RTP时,硅片的少子寿命急剧增大,最大幅度达到初始寿命值的4.3倍。另一方面,保温时间对硅片少子寿命也有很大影响。一定RTP温度下,随着保温时间的增加,硅片的少子寿命增大。原生铸造多晶硅片和铜、铁、镍杂质玷污的多晶硅片经1000℃常规热处理2 h后少子寿命值都会降低,下降幅度基本一致。原生硅片在低中温退火条件下,少子寿命值随退火温度的升高先下降后上升;当硅片经高温RTP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能够提高低杂质含量硅片的少子寿命,而对较高杂质含量硅片的少子寿命有负面影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• §1-1 绪论
• §1-2 铸造多晶硅材料的特点及生长工艺
• 1-2-1 铸造多晶硅中的主要杂质
• 1-2-2 铸造多晶硅中的缺陷
• 1-2-3 铸造多晶硅的制备方法
• 1-2-4 铸造多晶硅的生长工艺及影响因素
• §1-3 硅片的少子寿命及影响因素
• 1-3-1 非平衡少数载流子
• 1-3-2 少数载流子寿命
• 1-3-3 少数载流子寿命对太阳电池的影响
• §1-4 改善材料电学性能的各种工艺
• 1-4-1 吸杂工艺
• 1-4-2 钝化工艺
• §1-5 本论文的主要研究内容
• 第二章 实验过程及测试方法
• §2-1 样品制备
• 2-1-1 样品预处理
• 2-1-2 实验方案
• 2-1-3 缺陷的腐蚀
• §2-2 主要实验设备
• 2-2-1 常规热处理炉
• 2-2-2 快速热处理（RTP）炉
• 2-2-3 光学显微镜
• 2-2-4 扫描电子显微镜
• 2-2-5 微波光电导衰减仪
• 第三章 热处理对铸造多晶硅片缺陷形貌和少子寿命的影响
• §3-1 引言
• §3-2 原生铸造多晶硅片的表面缺陷形貌
• 3-2-1 实验
• 3-2-2 结果与讨论
• §3-3 单步退火对铸造多晶硅片缺陷形貌和少子寿命的影响
• 3-3-1 实验
• 3-3-2 结果与讨论
• §3-4 两步退火对铸造多晶硅片缺陷形貌和少子寿命的影响
• 3-4-1 实验
• 3-4-2 结果与讨论
• §3-5 RTP 对铸造多晶硅片缺陷形貌和少子寿命的影响
• 3-5-1 实验
• 3-5-2 结果与讨论
• §3-6 小结
• 第四章 RTP 对铸造多晶硅经铜、铁、镍杂质玷污后少子寿命的影响
• §4-1 引言
• §4-2 硅中的金属杂质
• 4-2-1 金属杂质在硅中的存在形式
• 4-2-2 硅中金属杂质的固溶度
• 4-2-3 硅中金属杂质的复合体和沉淀
• 4-2-4 铜、铁和镍杂质对铸造多晶硅性能的影响
• §4-3 RTP 对铜、铁、镍杂质玷污后硅片少子寿命的影响
• 4-3-1 实验
• 4-3-2 结果与讨论
• §4-4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果