太阳电池用铸造多晶硅结构缺陷与杂质探究.doc

太阳电池用铸造多晶硅结构缺陷与杂质探究.doc太阳电池用铸造多晶硅结构缺陷与杂质探究摘要:铸造多晶硅作为太阳能电池中的主要光伏材料,受到人们的广泛重视。但多晶硅晶体在生长的过程中不可避免的存在各种缺陷,加之多晶硅中存在氧、碳等杂质,制约了多晶硅电池的效率。因此,研究不同铸锭区域多晶硅材料的性能及其影响因素,是太阳电池与硅材料研究的一个重要课题。关键词:太阳电池铸造多晶硅结构缺陷杂质中图分类号::A文章编号:1引言在替代能源中,应用最广泛的是直接从太阳能得到电的太阳电池,而铸造多晶硅作为最主要的光伏材料也引起人们的关注。但在铸造多晶硅晶体的生长过程中,不可避免的会有绘埸的玷污、硅料中已有的各种杂质污染以及热应力导致的各种缺陷。铸造多晶硅中常见的杂质主要是氧、碳及一些过渡金属,如铁、鎔、镰、铜等。含有的晶体缺陷主要有晶界和位错两种。这些杂质和缺陷会在禁带中引入缺陷能级,具有很强的复合活性。这就制约了多晶硅电池的效率,使得多晶硅电池与单晶硅电池相比,效率较低。因此,研究不同铸锭区域多晶硅材料的性能及其影响因素,是太阳电池与硅材料研究的一个重要课题。特别是关于铸锭边缘低少子寿命区域的研究,对促进铸造多晶硅晶体生长,提高铸造多晶硅材料有效利用率有着非常重要的作用。2铸造多晶硅中的杂质及影响因素铸造多晶硅是通过对硅原料进行重熔铸锭而成。硅原料主要有两种:其一,半导体工业制备单晶硅剩下的头尾料、锅底料以及没制备成功而产生的废料;其二,原生多晶硅与半导体工业废料或高纯金属硅按一定比例混掺,这是由于光伏产业的高速发展导致半导体工业边角废料生产的多晶硅远远不能满足需求,于是,有的企业便采取这种方式来获得生产电池用的多晶硅。,处于热平衡状态的半导体材料中的载流子浓度是一定的。这种处于热平衡状态下的载流子则称为平衡载流子,其浓度,称为平衡载流子浓度。通常用no和po来分别表示平衡电子浓度和空穴浓度。在非简并的情况下,他们的乘积满足nop=ni,其中ni是本征载流子浓度。但是当这种平衡状态被外界作用所破坏时,半导体材料就处于与热平衡状态相偏离的状态,称为非平衡态。此时的载流子浓度不再是no和po,而是比创门多出一部分。这些比平衡状态多出来的载流子则称为非平衡载流子。例如在光照下,能量大于禁带宽度的光会激发价带中的电子跃迁到导带中,从而产生非平衡载流子△n和Ap,其中△n=Apo非平衡载流子又分为非平衡多数载流子和非平衡少数载流子,如对于P型硅基光伏材料,多出来的空穴就是非平衡多数载流子,多出来的电子则是非平衡少数载流子。非平衡载流子并不能一直稳定地存活下去。当产生非平衡载流子的外界作用撤去后,它们就会逐渐的衰减并消失,最终使得载流子的浓度回复到平衡时的值,这一过程称为非平衡载流子的复合。非平衡载流子的衰减和消失并不是立即实现的,而是需要一个过程。将非平衡载流子浓度减小到原值的1/e所经历的时间作为非平衡载流子的平均生存时间,即非平衡载流子的寿命,用x表示。由于相对于非平衡多数载流子,非平衡少数载流子的影响处于主导的地位,因而非平衡载流子的寿命常称为少数载流子寿命。,它主要来自于石英堆竭的玷污。虽然低于溶解度的间隙氧并不显电学活性,但是当间隙氧的浓度高于其溶解度时,就会有热施主、新施主和氧沉淀生成,