氧对多晶硅太阳电池磷铝吸杂效应的影响
冶金法多晶硅中的缺陷及磷吸杂实验研究
昆明理工大学硕士学位论文摘要当今，硅是光伏产品最重要的材料。
其中多晶硅是一种用于生产具有较高品质和低生产成本的太阳电池材料。
冶金法作为一种生产太阳能级硅的新方法，截至目前取得了很大的成绩与进展，相比于传统的西门子法和铸造法，这种方法具有低成本，对原料的纯度要求不苛刻，可直接从金属硅提纯至太阳能级硅的优点。
然而，由这种方法生产的多晶硅，其中的杂质和晶体缺陷及不利的生长取向降低了太阳电池的效率。
因此，对于研究如何控制多晶硅中的杂质浓度、结构缺陷（位错和晶界）以及生长取向显得尤为重要。
本文利用Zeiss Axioimager A1型金相显微镜，D/max 3B型XRD，配备TSL型电子背散射衍射（EBSD）附件的扫描电镜（Philips XL30），二次离子质谱仪（SIMS）和辉光放电质谱仪（GDMS）研究了定向凝固过程中，不同凝固速率对小试多晶硅中位错密度变化，晶体生长面取向，晶界类型，晶粒尺寸，纵截面宏观晶体生长形貌，碳、氧含量及部分金属杂质浓度的影响。
同时还进行了不同吸杂温度，2h下的常规磷吸杂实验研究。
取得以下进展：随坩埚凝固速率的提高，晶体硅中的位错密度也随之增加。
其中，10μm/s时铸锭的位错密度最低；而20μm/s时铸锭中部的一些重要的过渡族金属杂质浓度最低；凝固速率为10μm/s时，得到的铸锭顶部位错密度大于20μm/s时的顶部位错密度。
晶体择优生长面取向从(111)转变为(331)再转变为(111)。
30μm/s时铸锭中的CSL晶界所占比例最大，20μm/s时铸锭中的CSL晶界所占比例最小；∑3晶界所占比例大小随凝固速率的增加亦增加。
20μm/s时铸锭中部的晶粒尺寸最大，平均晶粒尺寸为547.5μm，40μm/s时铸锭中部的晶粒尺寸最小，平均晶粒尺寸为345μm。
通过对各铸锭的纵截面进行腐蚀观察发现20μm/s时，晶体生长取向平行于坩埚轴向，晶体质量较好。
此外，通过对感应熔炼的样品进行磷吸杂研究，发现对杂质铁的吸除最有效；随吸杂温度的升高，样品的电阻率和少子寿命随之增加；不同吸杂温度会引起样品中晶界的变化，共同的特点是普通大角度晶界(R)数量都趋于减少，重位晶界(CSL)数量增加，800℃时，CSL晶界所占比例最大；通过金相分析发现吸杂后的样品表面位错密度均明显减少，其中在800℃和900℃时，晶体表面出现很多孪晶，表明晶体内部热应力得到了极大释放，改善了晶体质量。
铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究
-νψ -收稿日期:2007-04-06基金项目:国家科技攻关计划(2004BA410A02);浙江省自然科学基金资助项目(Y105468)作者简介:唐 骏(1967-),男,浙江丽水人,双硕士。
铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究唐 骏1,黄笑容2,席珍强3,杜平凡3,姚 剑3,徐 敏3(1.中国光电技术发展中心,浙江杭州310012;2.杭州海纳半导体有限公司,浙江杭州310027;3.浙江理工大学材料研究中心,浙江杭州310018)摘 要:主要研究了铸造多晶硅晶锭不同位置的硅片在磷吸杂前后电学性能的变化。
结果发现,经过870℃磷吸杂40m in 后不同位置处硅片的少数载流子寿命都有显著的提高,其中来自硅锭底部硅片的少数载流子寿命的提高程度明显低于来自顶部样品寿命的提高幅度。
由于氧的分凝效应,在铸造多晶硅底部材料中含有较高浓度的间隙氧。
结果表明,多晶硅磷吸杂的效果不仅与材料中过渡族金属的分布以及形态有关,而且还可能与硅中氧的浓度有关。
关键词:多晶硅;磷吸杂;少子寿命中图分类号:TK512 文献标识码:B 文章编号:1004-3950(2007)03-0034-03Phosphorous getter i n g of ca st m ulti cryst a lli n e sili con wafers from d i fferen t positi on s of the i n gotTANG Jun 1,HUANG X iao 2rong 2,X I Zhen 2qiang 3,et al(1.China Nati onal P V Technol ogy Devel opment Center,Hangzhou 310012,China;2.Hangzhou Haina se m icondut or Co .,L td,Hangzhou 310027,China;3.Center of Materials Engineering,Zhejiang Sci 2Tech University,Hangzhou 310018,China )Abstract:The electrical p r operties of cast multicrystalline wafers cut fr om different positi ons of the ingot were studied by m icr owave phot o conductive decay (μ2PCD )before and after phos phor ous gettering treat m ent at 870℃for 40m i 2nutes .The m inority 2carrier lifeti m e of all wafers increased noticeably after phos phor ous gettering .Moreover,the gette 2ring effect of the wafers fr om the t op of the ingot was more obvi ous than that fr om the bott om.It was f ound that a high concentrati on of oxygen existed at the bott om of the ingot,which was due t o the segregati on effect .The results showed that the gettering perf or mance of multicrystalline silicon not only depended on the distributi on and state of transiti onal metals but als o was influenced by the oxygen concentrati on .Key words:multicrystalline silicon;gettering;lifeti m e0 引 言磷扩散是单晶硅和多晶硅太阳电池制备工艺中非常重要的一道工艺。
多晶硅太阳能电池组件在污染环境下性能恢复技术
多晶硅太阳能电池组件在污染环境下性能恢复技术多晶硅太阳能电池组件是一种常用于太阳能光伏发电系统中的关键组件，它可以将阳光转换为电能，并为人类提供清洁的能源供应。
然而，在实际运行过程中，由于环境污染、气候变化等因素的影响，太阳能电池组件的性能常常受到损害，降低了其发电效率和寿命，从而影响了整个光伏发电系统的稳定性和可靠性。
因此，开展多晶硅太阳能电池组件污染环境下性能恢复技术的研究与应用显得尤为重要。
污染环境对多晶硅太阳能电池组件的影响主要体现在两个方面：一是污染物的沉积会降低太阳能电池组件的光吸收率和透过率，减少太阳能的有效利用，从而降低发电效率；二是污染物的累积会导致太阳能电池组件的表面发生腐蚀和损伤，增加了组件的光电转换损失，并且可能引发组件的热失控和电气故障，影响整个发电系统的安全稳定。
因此，必须制定相应的性能恢复技术，以保障多晶硅太阳能电池组件在污染环境下的正常运行。
在多晶硅太阳能电池组件在污染环境下性能恢复技术研究中，首先需要对污染环境下的太阳能电池组件进行有效监测和评估，了解组件的污染程度和性能损失情况，为后续的恢复工作提供可靠的依据。
目前，常用的监测手段主要包括光电参数测试、红外热像测试、表面形貌观测等方法，通过这些手段可以全面、准确地了解太阳能电池组件的状态。
在监测评估的基础上，针对不同类型的污染物和污染程度，可以采取不同的性能恢复技术。
例如，对于太阳能电池组件表面的灰尘、污垢等有机污染物，可以通过清洗、擦拭等物理方法进行清除，恢复组件的透光率和光吸收率；对于表面的铁锈、氧化物等金属污染物，可采用酸洗、磁控溅射等化学方法进行除去，恢复组件的电池效率和稳定性。
此外，在实际应用中，还可以通过光热修复、表面涂层、污染物防护等技术手段进一步提升多晶硅太阳能电池组件的性能。
光热修复技术通过局部加热或光解等方式，消除组件表面的污染物，恢复其光伏特性；表面涂层技术可以增强组件的耐污染性和耐候性，延长组件的使用寿命；污染物防护技术则以构建物理障碍或化学障碍等方式，减少污染物对组件的侵蚀，保护组件的光伏功能。
硅电池扩散氧化层对电池性能的影响
硅电池扩散氧化层对电池性能的影响作者：代术华来源：《智富时代》2015年第02期【摘要】现如今多晶硅是制作太阳电池的一种重要的原料，已经成为晶硅太阳电池生产的主力军。
国内外学者也做了大量关于多晶硅体内杂质以及缺陷对少子寿命的影响研究，磷吸杂目的就是为了减少少子复合从而提高短路电流。
【关键词】扩散氧化层；杂质及缺陷；方块电阻；少子寿命一、引言多晶硅不同晶向的晶粒间存在着晶界，而很多晶界结构复杂，存在深能级缺陷的杂质。
这样大量的晶界充当了陷阱和复合中心，使电池转换效率下降。
多晶硅片中还含有Fe，Cr，Cu 等杂质，它们一般以间隙态、替位态、复合体或沉淀的形式存在。
它们的存在会直接引入深能级成为复合中心，降低少子寿命，影响电池转换效率。
二、实验过程选用来赛维公司的多晶硅片，硅片从同一多晶硅锭相邻位置处的切割而来，以确保样品相同的性能。
硅片厚度约为180±20μm，电阻率为2.5 Ω·cm，对600片原硅片进行如下处理，首先用酸制绒除硅片表面的损伤层，然后用KOH去除多孔硅，再用HF和HCl去除氧化层和金属离子，整个减薄量控制在0.4g～0.48g。
然后将硅片分为三组分别进行如下三种扩散工艺。
扩散后的方阻都控制在60～70Ω/□范围内，扩散设备采用CT管式扩散炉，三种扩散工艺主要步骤如下。
工艺1：低温变温扩散：①温度850 ℃，通入干氧2000 ml/min，大氮13000 ml/min，时间400s；②温度850 ℃，通入小氮1800 ml/min、干氧1000 ml/min、大氮30000 ml/min，时间600s；③温度875 ℃，通入小氮1800 ml/min、干氧1000 ml/min、大氮30000 ml/min，时间1200 s；④温度875 ℃，通入干氧2000 ml/min、大氮30000 ml/min，时间600s；⑤温度800 ℃，通入大氮12000 ml/min，时间600s；⑥降温处理。
铝吸杂对多晶硅太阳电池的影响
第5卷第2期2006年4月 江南大学学报(自然科学版)Journal of Southern Yangtze U niversity(N atural Science Edition) Vol.5 No.2Apr. 2006 文章编号:1671-7147(2006)02-0249-04 收稿日期:2004-12-17; 修订日期:2005-01-10. 作者简介:石湘波(1980-),女,河南洛阳人,检测技术与自动化装置硕士研究生. 3通讯联系人:施正荣(1963-),江苏镇江人,高级工程师,工学博士,硕士生导师.主要从事提高太阳电池转化效率等研究.Email :zrshi @ ;铝吸杂对多晶硅太阳电池的影响石湘波1, 施正荣32, 朱拓3, 汪义川2(1.江南大学通信与控制工程学院,江苏无锡214122;2.无锡尚德太阳能电力有限公司,江苏无锡214028;3.江南大学理学院,江苏无锡214122)摘 要:针对铝吸杂对多晶硅的影响,比较了单、双面蒸镀2μm 铝的多晶硅片在C TP 和R TP 炉中进行铝吸杂后的少子寿命、电性能和量子效率.发现在R TP 炉中进行铝吸杂时,双面蒸镀铝少子寿命的增加比单面蒸镀时明显,在830℃时吸杂效果最优;而在C TP 炉中吸杂时,单面蒸镀铝少子寿命的增加更明显,在600,700℃时吸杂效果最优.关键词:铝吸杂;太阳电池;多晶硅太阳电池;少子寿命;传统热处理过程;快速热处理过程中图分类号:O436.4;TM 914.41文献标识码:AThe Influence of Aluminium G ettering on the MulticrystallineSilicon Solar CellSH I Xiang 2bo 1, SH I Zheng 2rong 32, ZHU Tuo 3, WAN G Y i 2chuan 2(1.School of Communication and Control Engineering ,Southen Yangtse University ,Wuxi 214122,China ;2.Wuxi Suntech Power Co ,Ltd.,Wuxi 214028,China ;3.School of Science ,Southen Yangtse University ,Wuxi 214122,China )Abstract :To analyse t he influence of aluminium (Al )gettering on multicrystalline silicon (mc Οsi )solar cell ,t he paper compares t he lifetime ,elect rical performance and IQ E of mc Οsi wit h single and double side 2μmeter Al coating gettered by R TP and C TP.Double side Al coating result s in higher lifetime t han single side by R TP ,but t he opposite result is obtained by CTP.The best effect of Al gettering has been achieved at 830℃by R TP and at 600℃and 700℃by CTP.K ey w ords :aluminium gettering ;solar cell ;multicrystal silicon solar cell ;t he carrier lifetime ;R TP ;C TP 多晶硅太阳电池由于其材料成本低于单晶硅太阳电池,且易于制备成方型,便于大量生产大面积的硅片,因此在生产的晶体硅太阳电池中,其所占比例正逐渐增加.截止到2003年,多晶硅太阳电池已占整个市场份额的56.3%.但是铸造多晶硅的原料主要为太阳能级多晶硅材料,所以其体内的杂质含量很高.特别是铁、铜、镍等重金属杂质,在禁带中部产生能级,起复合中心和陷阱作用,光生载流子(电子和空穴)可通过这些能级复合,使少数载流子的寿命降低,从而导致太阳电池效率的降低.因此通过吸杂提高多晶硅太阳电池效率的研究就显得很有意义.吸杂可分为外吸杂和内吸杂,内吸杂是利用硅中氧沉积所产生的缺陷作为“陷阱”,以此捕获硅体内的杂质,从而在表面形成一层“洁净”区域用于制备器件,一般用于IC(Integrated Circuit)行业.外吸杂是采用外部吸收的方式,使金属杂质从活跃区域移动到不产生负面效果的区域,一般是采用磷、铝的单独吸杂或两者的共同吸杂.磷吸杂比铝吸杂快,但铝吸杂的吸杂能力和稳定性高于磷吸杂[1].太阳电池作为体器件,其吸杂只能使用外吸杂.国内外在铝吸杂对太阳电池的影响方面已做了大量的研究工作[2Ο6].铝吸杂是利用金属杂质在铝中的固溶度远大于在硅中固溶度的原理进行吸杂的.在700～900℃时,许多重金属杂质在铝中的固容度比在硅中的固溶度高4～10个数量级[7].并且,金属杂质在硅中的扩散速度远大于磷、硼等替位式元素.铝吸杂通常的方法是在硅片表面蒸镀铝并进行一段时间的热处理,金属杂质就被吸附到铝层,以此来改变硅片的性能.文中系统研究了不同的铝吸杂温度和方式及对硅片少子寿命、电性能和量子效率的影响,发现在C TP(conventional t hermal processing)吸杂时600,700℃的低温铝吸杂所得到的少子寿命较高;而在R TP吸杂时830℃能得到高达93.8μs的少子寿命.同时发现对于R TP(rapid t hermal processing)铝吸杂,双面镀铝少子寿命明显,对于CTP单面镀铝少子寿命提高明显,同时发现高温会使硅片的少子寿命退化.1 试验方案及过程试验过程中采用了的A型铸造多晶硅片,面积为125mm×125mm,厚度约为330μm,电阻率为0.5～2Ω・cm.1.1 试验方案由于吸杂的温度和吸杂所采用的热处理方式是吸杂过程中的重要影响因素,故验方案为:1)单、双面镀铝的硅片在CTP炉中进行了600, 700,800,900,1000℃各1h的铝吸杂.2)单、双面蒸镀铝的硅片在峰值温度分别为750, 830,900,920℃的R TP炉中进行30s的铝吸杂. 1.2 实验过程1.2.1 样品 a组样品为50片A型多晶姊妹片(由同一多晶硅砖切下的具有类似晶粒分布的硅片);b组样品为40片A型多晶姊妹片.a、b两组样品在m(HF ∶HNO3)∶m(CH3COOH)=8∶1∶2的酸腐溶液中腐蚀30s,再在100g/L、80℃的NaOH溶液中腐蚀30 s,共去除了15～20μm的损伤层.清洗干燥后,将a、b 两组样品分别放入550X型的真空镀膜机中,一半样品进行单面蒸镀,一半样品进行双面蒸镀.据文献[8]可知,蒸铝在1.2μm时,烧结后铝层的覆盖率为100%,故选择蒸2μm的铝蒸镀厚度.a组样品以每组10片(单双面蒸铝的各5片)在CTP炉中氮气氛下分别进行600,700,800,900,1000℃各1h的铝吸杂;b组样品以每组10片(单双面蒸铝的各5片),在峰值温度为750,830,900,920℃的RTP炉中进行30s 的铝吸杂.然后,a、b两组样品在体积分数为20%的HCL中腐蚀10min.再用去离子水冲洗干净,后在m (HF)∶m(HNO3)∶m(CH3COOH)=8∶1∶2的酸腐溶液中腐蚀1min,此时共去除了20μm杂质层,确保了吸杂层的完全去除.最后按下述工艺将a、b样品制作太阳电池:清洗干燥-扩散制结-刻蚀-去磷硅玻璃-清洗干燥-PECVD镀减反膜-丝网印刷电极-烧结.2 试验结果与分析采用‘暂稳态光电导(QSSPC)少子寿命测试仪,对吸杂后少子寿命进行测试并分析其吸杂效果.为了排除表面复合对少子寿命的影响,故采用文献[9]中的方法,用一透明并密封好的塑料袋把待测硅片装入其中,在硅片上滴几滴碘酒,并且涂均,确认硅片上无气泡,以确保测得值反应体内的少子寿命.2.1 RTP炉铝吸杂对少子寿命的影响如图1所示,当R TP炉峰值温度为830℃时,无论单面还是双面蒸镀铝经吸杂后硅片少子寿命的提高均最为明显.出现这种现象的原因,是低温时铝吸杂的效果不明显,而高温却又导致硅片的退化.只有在适宜的温度下才能既发挥铝的吸杂作用而又不引起硅片的退化,试验表明在830℃时提供了最适合的杂质吸附条件.2.2 CTP铝吸杂对少子寿命的影响 如图2所示,单面蒸镀700℃时,少子寿命的提高最为明显;在双面蒸铝600℃时,少子寿命的提高最为明显.在高于硅铝共晶点577℃的低温时,足够时间的铝吸杂能充分发挥铝吸杂的效果.而在900, 1000℃时,硅片少子寿命急剧衰减,这是由于在在高温下位错处金属沉积物中的金属粒子在高温下发生分解,或者是富含金属的氧沉积发生裂解,导致少子寿命的急剧降低,同时掩盖了铝吸杂的效果.052 江南大学学报(自然科学版) 第5卷 图1 单、双面蒸铝在RTP炉中进行铝吸杂后的少子寿命Fig.1 Lifetime of mc Οw afer with single and double sideAl coating and gettered by RTP图2 单、双面蒸铝硅片经CTP 炉铝吸杂后的少子寿命Fig.2 Lifetime of mc Οw afer with single and double sideAl coating gettered by CTP2.3 单双面蒸铝对铝吸杂效果的影响如图1、图2所示,在R TP 炉中进行铝吸杂时,双面蒸镀铝对少子寿命的增加优于单面蒸铝.而在CTP 炉中吸杂时,单面蒸镀铝对少子寿命的增加优于双面蒸镀铝.出现这种现象的原因,是在R TP 中进行铝吸杂时,由于快速热处理,靠近硅片表面的杂质被快速吸附到铝吸杂层中,导致了近表面杂质浓度的急剧变化.在去除吸杂层后,存在一个杂质浓度最低的区域.双面吸杂由于两面都有吸杂层而形成从中心到两面对称的杂质浓度梯度,同时双面蒸镀铝存在吸杂的竞争.而单面蒸镀铝提供了足够的吸杂区域,使硅片内杂质被吸附到吸杂层,所以在CTP 炉中单面铝吸杂优于双面铝吸杂.2.4 铝吸杂对电性能的影响表1、表2为铝吸杂后电池片的平均电性能.如表1所示,R TP 铝吸杂过的电池总体效率相差不大,这是由于R TP 铝吸杂时间很短,温度又相差不多,对电池片电性能就影响不大.经峰值温度为830℃的R TP 铝吸杂后的硅片,在制成电池后的平均效率最高,这和图1中830℃时硅片的少子寿命最高一致.表2中硅片经600℃的C TP 铝吸杂的平均效率优于900,1000℃.这表明高温铝吸杂不仅掩盖了铝吸杂的效果,而且使硅片退化,所以要避免对多晶硅片进行高于900℃长时间的热处理.表1 a 组样品的平均电性能T ab.1 Average electrical perform ance of type a group sample吸杂温度/℃Isc Voc FF EFF 750 4.9710.5950.75614.25830 4.9730.5960.76114.45900 4.9710.5970.75114.419204.9290.5940.75314.29表2 b 组样品的平均效率T ab.1 Average electrical perform ance of type b group sample吸杂温度/℃Isc Voc FF EFF 600 4.9530.6050.75814.53900 4.9380.6030.74414.1810004.9420.6000.73213.75 注:表1、表2平均电性能为在同一温度下无论单双面蒸镀铝的平均电性能.2.5 RTP 、CTP 吸杂温度对IQE 的影响图3表明,在900～1000nm 的波长范围内IQE 相差不大,而750℃和830℃略大于900℃和920℃时的IQE ,所以硅片在RTP 热处理时要避免高温.图4所示在900～1000nm 范围内,IQE 的值600℃>900℃>1000℃,反应了在CTP 铝吸杂时,高于硅铝共晶温度(577℃)的低温铝吸杂效果好.图3 a 组样品经RTP 炉吸杂后电池的IQEFig.3 IQE of type a group sample varies of temperaturegettered by RTP152 第2期石湘波等:铝吸杂对多晶硅太阳电池的影响图4 b 组样品经CTP 炉吸杂后电池的IQEFig.4 IQE of type b group sample varies of temperature gettered by CTP3 结 论 1)在用R TP 炉进行铝吸杂时,在830℃峰值温度时得到最高的少子寿命和效率;2)在用CTP 炉进行铝吸杂时,600、700℃的低温铝吸杂得到高的少子寿命和效率;3)在用R TP 进行铝吸杂时,双面蒸铝对少子寿命的增加比单面蒸铝明显;4)在用恒温石英管进行铝吸杂时,单面蒸铝的少子寿命增加比双面蒸铝明显.参考文献:[1]P érichaud I.Understanding defects in semiconductors as key to advancing device technology[J ].Physica B ,2003(5):340Ο342;1Ο14.[2]Subhashi M Joshi ,Ulrich M G osele ,Teh Y Tan.Improvement of minority carrier diff usion length in Si by Al gettering[J ].J Appl Phys ,1995,77(8):3858Ο3863.[3]P érichaud I.G ettering of impurities in solar 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18-磷吸杂对冶金多晶硅片的少子寿命的影响
18-磷吸杂对冶金多晶硅片的少子寿命的影响第 12 届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（晶体硅材料及电池）磷吸杂对磷吸杂对冶金多晶硅片冶金多晶硅片的少子寿命的影响少子寿命的影响徐志虎 1,3 谢俊叶 2 马承宏 2 李健 1,3(1.内蒙古大学物理科学与技术学院；2.内蒙古日月太阳能科技责任有限公司3.内蒙古自治区半导体光伏技术重点实验室呼和浩特010021)摘要：摘要本研究采用液态三氯氧磷源扩散方法对物理冶金法提纯多晶片（6N）进行恒温磷吸杂.研究温度、时间和通磷源量等参数对吸杂效果的影响，摸索可用于生产最有效的工艺条件.用少子寿命测试仪和四探针测试仪测试硅裸片的少子寿命和电阻率. 实验给出:通源量较低时，950℃吸杂30min 的效果相对好；其他工艺参数不变时随通源量增大，硅片表面有效吸杂点增加，吸杂效果逐渐明显，少子寿命可提高近4 倍；当通源量增到一定时，吸杂效果开始下降.关键词：关键词冶金法提纯，多晶硅片，磷吸杂，少子寿命，电阻率 1 引言常规多晶硅太阳电池材料普遍采用改良西门子法提纯，此法技术成熟，提纯的硅材料可达7N，但此法存在产能低、成本高、环境威胁大等缺点.冶金物理法提纯多晶硅技术虽然有工艺简单、成本低、产能大和对环境友好的优势，但其提纯的硅材料的纯度在 5-6N 明显低于西门子法技术，材料中的金属杂质含量较高及存在更多的缺陷,这些微缺陷和金属杂质在硅禁带中引入了一些深能级,成为光生少数载流子的复合中心,从而降低了少数载流子的寿命,直接影响太阳电池的光电转换效率.为改善硅片性能，通过一定的后续处理，使硅片的少子寿命提高到与化学法提纯硅片的量级，就可满足生产电池的要求，提高太阳电池的效率改善电池的性能. 半导体技术中一般吸杂分为内吸杂和外吸杂,内吸杂通常用于 IC 领域，即利用适当的热处理工艺,通过控制硅片的氧浓度及氧沉淀在硅片内形成有效的吸杂点,而达到去除金属杂质的目的.外吸杂是利用各种工艺在硅片背面制造有效的吸杂点,在其后的器件热循环工艺或结合内吸杂热处理工艺中,使金属杂质沉积,而达到去除金属杂质的目的[1].多晶硅太阳电池作为体器件,其吸杂必须采用外吸杂.常用的光伏用材料吸杂方法有磷吸杂、铝吸杂、背损伤吸杂和磷铝共吸杂等.吸杂过程可以采用恒温或变温的形式.目前,关于冶金物理法多晶硅片的吸杂[2,3] 研究很少还不够系统需要做深入的研究.本工作主要采用液态源磷吸杂的方法，对物理提纯多晶硅片进行吸杂研究..2 实验实验采用包头山晟新能源公司和中科院半导体所联合研制的物理冶金多晶硅片（6N ） . 规格：面积156×156cm2 ，厚180±20μm，电阻率 1-3Ω·cm，氧浓度5× 1017atom/cm3 ，主要金属含量 Ti<0.005ppmw 、 Fe<0.05ppmw 、 Co<0.005ppmw、Al<0.01ppmw. 原始多晶硅裸片去损伤后少子寿命约 0.9-1.0μs,磷源是液态三氯氧磷，设备采用中电集团第48 所生产的M5111-4W*/UM 型扩散炉. 选择 100 片同一多晶硅块连续切割的硅片（晶体结构分布相同晶粒分布相似）进行实验，实验步骤见图 1.图 1.吸杂实验流程示意图3. 不同温度、时间少子寿命增加率图 1 中去损伤和去除 PN 结均采用的 HF：HNO3：H2O=1：3：2 的酸溶液.因测试采用电池生产线的少子寿命测试仪，所以腐蚀后（无表面表面钝化）快速直接测试多晶硅裸片的少子寿命、方块电阻和电阻率.考虑到生产的实用性，尽可能减少高温带来新的缺陷等负面影响，实验中在磷吸杂扩散温度和处理时间，在保证形成足够的吸杂点和杂质能够运动到表面吸杂点处的前提下应尽量缩短时间降低和降低温度 .为做比较，实验选择四个温度段：880 ℃ 、900℃ 、950℃和970℃ ，时间选择五种条件 20min、30min、45min、1h、3h. 采用匈牙利生产的WT-1200 少子寿命仪测量硅片的少子寿命；用广州生产的 RTS-4 四探针电阻率测试仪测试硅片的方块电阻和电阻率.3结果与讨论3.1 吸杂工艺条件吸杂工艺条件对工艺条件对硅片少子寿命的影响图 2 是不同温度、时间下冶金硅片吸杂后少子寿命变化情况 .图 2 给出，当温度为880℃时（曲线 b），去除 PN 结后裸硅片的少子寿命随吸杂时间的增加而增大，说明增加吸杂时间能够促进磷扩散在硅片上吸杂点的形成，使得硅片吸杂效果明显.当时间吸杂过长（1h）少子寿命有所降低最终趋于平稳；当温度增加到900 ℃时（曲线 a），硅片的少子寿命相比880℃ 有整体的提高，900℃、3h 组合使得少子寿命达到 2us，说明温度的升高有助于杂质的扩散和硅片表面吸杂点的形成，利于杂质的吸除，但是由于温度较低，故需要较长的时间达到最佳吸杂的效果；当温度为920℃时（曲线d），由于温度的升高使硅片中缺陷和位错增多体内产生更多的复合中心，使吸杂的效果被其掩盖，因此920℃时整体的少子寿命较低与900℃；温度增到950℃（曲线c），温度的升高大大促进吸杂的效果，而此时高温形成的缺陷和位错对少子寿命的影响占次要，所以吸杂后的少子寿命有很大的提高，温度950℃时间吸杂 30min 少子寿命也达到2us；但当温度升高到970℃时（曲线 e）吸杂效果不明显，此时高温产生的大量复合中心抵消掉了吸杂的效果. 图 2 给出900℃吸杂 3h 和950℃吸杂 30min 后，裸硅片的，去除 PN 结后测试裸硅片的少子寿命都达到2us. 但是去损伤后原始裸硅片的少子寿命不同，所以图3 给出少子寿命的增加率.由图 3 可以看出950℃、 30min 组合少子寿命增加了 81.1%，吸杂效果达到最佳.图 2. 不同温度、时间吸杂硅裸片少子寿命变化曲线图图 4. 少子寿命随磷源流量的变化曲线图 4 是少子寿命随磷源流量的变化曲线. 图中给出少子寿命随磷源的增加而增加，表明磷源通入的增多能够促进吸杂点的形成使得吸杂效果明显，但当磷源增加到一定程度时，少子寿命会降低.3.2 吸杂对硅片的电阻率的影响表面的复合.而吸杂之后（曲线a）少子寿命比去损伤后有很大的提升. 图 6 给出去损伤（曲线 b）和吸杂后（曲线 a）的裸硅片电阻率比原始裸片（曲线 c）有所增大，由于去损伤和吸杂工艺有助于降低硅片表面和体内的杂质含量引起的.扩散后去结前（曲线d）的电阻率急剧下降，是因为浓磷扩散后硅片表面形成一层厚厚的磷硅玻璃，其中含有大量的磷原子和从体内吸杂到该区域的杂质，使得电阻率变得很小.4 结论本项研究对物理法提纯多晶裸片进行磷吸杂.实验显示吸杂温度升高有利于杂质的扩散和硅片表面有效吸杂点的形成利于杂质的吸除，温度超过950℃由于硅片体内产生大量的缺陷和位错导致吸杂失效，硅片的少子寿命降低.温度较低时（900℃）需配合较长吸杂时间（3h）能达到较好的吸杂效果，而950℃对应短时吸杂时间（30min）吸杂效果较明显；磷源通入的增多能够促进吸杂点的形成使得吸杂效果明显，但当磷源增加到一定程度时，少子寿命会降低.图5. 950℃、30min 吸杂前后少子寿命变化曲线图6. 950℃、30min 吸杂电阻率变化曲线图 5、图 6 分别给出950℃、30min 吸杂后，多晶裸硅片少子寿命及电阻率在每步后的变化.图 5 给出硅片去损伤层后（曲线 b）少子寿命增加，是由于减少了光生载流子在5 参考文献：参考文献：[1] 杨德仁. 硅材料的吸杂研究[J]. 1992.半导体技术. 8.53-56 [2] 武智平,潘淼,庞爱锁等. 物理冶金法多晶硅片磷吸杂工艺的优化[J]. 2011.半导体光电. 32. 668-671 [3] 徐华毕. 物理提纯硅磷吸杂及其太阳电池光衰减性能的研究（博士学位论文）.中山大学.2010。
TOPCon_太阳电池中多晶硅层磷掺杂工艺的优化及其对电性能的影响
a. 光电转换效率 Eta
0.7158
0.7178
0.7156
15
25
35
通源时间 /min b. 开路电压 Uoc
Uoc/V
Isc/A
18.200 18.150 18.100
18.167
18.142
18.128
18.050
15
25
35
83.400
通源时间 /min c. 短路电流 Isc
83.200
83.000
FF/%
82.800 82.600
82.615
82.687
82.400 82.200
82.362
82.000
81.800
15
25
35
通源时间 /min d. 填充因子 FF
图 4 不同通源时间下制备的 TOPCon 太阳电池的
电性能参数
Fig. 4 Electrical performance parameters of TOPCon solar cells prepared at different doping times
收稿日期：2022-06-17 基金项目：国家重点研发计划 (2020YFB1506503) 通信作者：高 纪 凡 (1965—)， 男， 硕 士， 主 要 从 事 晶 体 硅 太 阳 电 池 及 其 组 件、 光 伏 发 电 系 统 工 程、 储 能 等 技 术 方 面 的 研 究。
Jifan.gao@
第 09 期 总第 353 期 2023 年 09 月
DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220617.01
太 阳 能
SOLAR ENERGY
太阳电池用多晶硅及其吸杂研究现状
湿法冶炼、高温熔炼和定向凝固等工艺提纯而成，其特点是 在所有提纯工艺中，硅自始至终都没参加过化学反应［１叽１１］。 另外，此法能耗低、污染小、成本低、工艺简单，是最有希望实 现大规模生产太阳能级硅的一种方法，但是其生产技术有难 度、设备要求高，眼下国内外正处于努力攻关阶段。据报道， 现今只有日本川崎制铁公司采用冶金法形成了每年８００ｔ的 生产能力ｍ］。
Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＷＵ Ｈｏｎｇｊｕｎｌ，ＣＨＥＮ Ｘｉｕｈｕａｌ，ＭＡ Ｗｅｎｈｕｉ２，ＭＥＩ Ｘｉａｎｇｙａｎ９２，ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎ９２
（１ Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｕｎｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９１；２ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９３）
铝吸杂：①分凝机理，重金属杂质在铝硅合金与硅之间 分凝，其在合金中的固溶度较高，因而合金层能对其进行有 效吸除Ｌ２３ｊ；②沉积机理，因为铝硅合金层中有大量缺陷，杂质 与缺陷结合能量更低，从而使合金层能对硅中的重金属杂质 进行有效吸除。
磷一铝联合吸杂不仅结合了磷吸杂及铝吸杂的特点，同时 磷一铝的互扩散和体内的硅自间隙原子的过饱和也大大增强 了对重金属杂质的吸除作用［２们；并且该方法还减少了一次高 温过程，文献［１，ｚｓ］报道在同等条件下磷一铝联合吸杂的效 果比单独的磷或铝吸杂更好。
铸造多晶硅中存在着较多的杂质、位错及晶界等缺陷。
磷吸杂对多晶硅少子寿命影响的比较研究
多晶变温磷吸杂
变温磷吸杂对多晶硅性能的研究铸造多晶硅因其较高的性价比已成为太阳电池最重要的原材料。
但与单晶硅相比,它有较高密度的晶界、位错、微缺陷等结构缺陷和大量的金属杂质(特别是过渡族金属[1 ] ) ,从而导致铸造多晶硅太阳电池效率低于直拉单晶硅电池效率。
J1 Chun 等人[2 ] 通过电子束诱生电流( EBIC) 研究发现,在室温下干净的晶界对少数载流子只具有很弱的复合活性;Higgs 等人[3 ] 发现纯净的位错也几乎没有复合活性。
但这些晶界等结构缺陷与过渡族金属相互作用却极大地降低了器件的电学性能,从而降低了太阳电池的转换效率[4 ] 。
在太阳电池的生产工艺中,制备P2N 结的同时,可以用磷吸杂的方法来吸除电池体内的过渡族金属杂质,从而大幅度地提高电池的转化效率[5 ,6 ] 。
因此磷吸杂成为制备低成本、高效率晶体硅太阳电池的关键步骤之一。
在近20 余年中,人们主要研究了恒温磷吸杂的效果和机理,却很少有人研究变温磷吸杂的效果。
本文通过比较恒温磷吸杂和变温磷吸杂的不同,发现变温吸杂比恒温吸杂具有更好的吸杂效果;同时指出磷吸杂的驱动力主要是金属杂质在不同区域的分凝所决定的。
1 实验111 实验过程样品选用同一硅锭相邻位置处的铸造多晶硅片,以确保样品具有相同的性能。
硅片切割为315cm ×315cm ,厚度约为300μm ,电阻率约为1Ω·cm ,用傅立叶变换红外光谱(FTIR) 测得其原始氧浓度约为416 ×1017 cm- 3 ,碳浓度约为511 ×1017 cm- 3 。
首先用腐蚀液去除表面20μm 左右的机械损伤层,接着用标准的RCA 清洗液进行清洗,去除硅片表面的沾污。
将清洗后的硅片样品采用旋涂的方法在硅片两面旋涂美国Filmtronics 公司生产的型号为P509 的磷源,其磷原子的浓度为2 ×1021 cm- 3 ,旋涂速度为2000rPmin ,时间30s ,以使表面均匀覆盖一层2μm 左右的磷膜。
杂质吸杂及钝化
硅
氮
碳
氢
磷
硼
银
镍
铜
1.90
3.04
2.55
2.20
2.19
2.04
1.93
1.91
1.90
在太阳电池用直拉单晶硅中主要缺陷是位错，位错对晶体质量的影响：位错捕获电子，使载流于
数目△n 减少；典型晶界见下图：
多晶硅中典型的晶界宽度在微米量级，晶界特点： （1）晶界上原子排列不规则，造成晶界结构比较疏松。 （2）在多晶聚集体中，晶界是原子快速扩散的通道，并容易引起杂质原子偏聚。晶界上富集杂 质原子多，熔点低，加热时容易过烧。晶界腐蚀速度比晶内快。 （3）晶界上有许多空位、位错和键变形等缺陷，晶界处存在大量缺陷；
硅片表面及 Si/SiO2 界面在硅片内没有更优的吸杂位置时，将会对硅片内的过渡族金属杂质产生。 硅片表面吸杂会使器件去杂质浓度增大，但是当在硅片内部存在类似界面时，吸杂便有效了。这种吸 杂方式竞争力不强，主要是由于硅片表面/器件区也会对杂质进行吸引，使杂质富集。
氮化硅
Si3N4 膜是惰性介质，化学稳定性好，有高电阻率、耐高温、抗热冲击的能力，且结构致密，硬 度大、疏水性好，针孔密度低，气体和水汽难以通透。Si-Si3N4 结构在室温下不稳定，呈现出比较高 的表面态(即 ＞1012 cm-2 )，因此电子或空穴依靠隧道效应或热发射过程可以比较容易地穿过 Si-Si3N4 界面。因此，Si-Si3N4 通常不用作第一钝化层。常用 SiO2- Si3 N4 结构中，Si3N4 表现为张应力，而 SiO2 表现为压应力，两者结合可以改善界面应力使其降到最低。
金属杂质在硅晶体中的存在形式取决于多种因素，沾污方式、高温退火的温度、冷却速度、退 火后至测量时的时间以及金属杂质的类型都会对其有影响。
太阳电池用直拉硅片中磷铝吸杂的应用研究
太阳电池用直拉硅片中磷铝吸杂的应用研究随着现代社会不断向可持续发展转变，绿色能源变得越来越重要。
以太阳能发电为代表的可再生能源技术的发展为世界各国提供了可持续的发电方式，使得可再生能源技术的发展得到了许多国家的重视和支持。
太阳电池用直拉硅片作为关键部件应用于太阳能发电技术中是一项具有重要意义的技术。
因此，通过研究太阳电池用直拉硅片中磷铝吸杂的应用，可以推动太阳能发电技术的发展，促进绿色能源和清洁能源的发展。
一、磷铝吸杂的特点磷铝吸杂是一种新型磷酸盐气凝胶材料，是以磷酸游离盐为主要原料，经过特殊的加工，使其具有较高的吸附性。
磷酸游离盐是一种结构简单的无机酸盐，其主要特点在于具有较强的吸附性，可以有效地吸附有机物、金属离子等，并使吸附物构建出一层结构规整的气凝胶膜，且不受温度、压力等外界条件的影响。
磷铝吸杂有一定的热稳定性，可以抗高温，同时具有一定的耐腐蚀性，可以有效抑制酸性和碱性环境中的腐蚀作用。
二、磷铝吸杂的应用磷铝吸杂的应用非常广泛，并可广泛应用于太阳电池中。
由于磷铝吸杂具有良好的热稳定性、耐腐蚀性和吸附性，因此在太阳电池用直拉硅片中，可以将其用作绝缘层，防止外界有害物质和金属离子进入，提高硅片的可靠性和耐久性，延长产品使用寿命。
同时，磷铝吸杂的吸附力和导热性还可以用于太阳电池的制造，在制造太阳电池时，可以将磷铝吸杂与硅片等材料结合使用，使其具有更高的热稳定性，从而提高太阳电池的效率。
三、磷铝吸杂的发展前景由于太阳能发电技术的不断发展，绿色能源和清洁能源的普及，磷铝吸杂将成为可再生能源技术领域中一种重要的应用材料。
随着绿色能源技术的发展，磷铝吸杂将被运用于更多的太阳能发电技术领域，将推动绿色能源和清洁能源的普及。
同时，随着技术的不断进步，可以预计磷铝吸杂的性能将进一步提升，使得它在太阳能发电技术中的应用更加完善和可靠，将更有助于推动世界各国可持续发展的发展。
总结本文通过对磷铝吸杂的特点、应用及发展前景进行了介绍，论证了其在太阳能发电技术中的重要作用。
晶圆衬底中的氧含量过大
晶圆衬底中的氧含量过大
晶圆衬底中的氧含量过大会对半导体器件的性能产生负面影响，主要包括以下几个方面：
1. 影响晶体质量：晶圆衬底中的氧含量过高会导致晶体中的氧杂质增多，从而影响晶体的完整性和均匀性。
这可能会导致晶体中的缺陷增多，影响半导体器件的性能和可靠性。
2. 降低电子迁移率：氧杂质会与晶圆衬底中的硅原子形成硅氧键，从而增加了硅晶体的晶格常数。
这会导致电子在晶体中的迁移率降低，从而影响半导体器件的速度和性能。
3. 增加漏电电流：氧杂质会在晶体中形成施主杂质，从而增加了晶体的电导率。
这会导致半导体器件的漏电电流增加，从而影响器件的功耗和性能。
4. 影响器件可靠性：氧杂质会在晶体中形成陷阱，从而捕获电子或空穴。
这会导致半导体器件的可靠性降低，容易出现失效或故障。
因此，为了提高半导体器件的性能和可靠性，需要控制晶圆衬底中的氧含量。
这可以通过改进晶圆制备工艺、优化晶体生长条件、采用高纯硅材料等方法来实现。
杂质吸杂及钝化
到吸杂点，这个时间取决于从有源区到吸杂位置的距离，也取决于金属杂质扩散的速率。因此，外吸 杂总要比内吸杂的冷却速度慢。
电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合
物中吸引电子的能力越强。又称为相对电负性，简称电负性，也叫电负度。电负性高于硅的元素容易
从硅中抢电子。由于 P 型硅中的少子为电子，电负性高的快扩散金属元素容易造成 P 型电池内部的 载流子复合，进而降低电池的转化效率。
在多晶硅的结晶过程中，氮还可以与氧作用，形成氮氧复合体。但由于氮氧复合体是浅能级， 而且氮的固溶度很低，因此，对材料的影响不是很大。 总体说来，如果 C、O、N 等元素的杂质浓 度能够小于 10~20ppm，那么，对作为太阳能用途的硅材料来说，就没有什么副作用了。
金属杂质在硅中的存在形式 金属杂质会在硅中形成深能级，这些深能级距离导带和禁带都很远，一旦其它的浅能级（如磷或 硼）载流子遇到这类深能级的杂质，反而会被“陷住”，失去了载流子的作用。复合中心的存在会降低 少数载流子的寿命，从而降低太阳能电池的效率。 如果这种复合作用是在光照之下慢慢发生的，就会形成所谓的太阳能电池的光致衰减现象。除了 光致衰减外，金属杂质如果过多，还会造成漏电流的增加。目前国内外许多专家认为铝的能级不是深 能级，而且，铝因为是 III 族元素，与硼是同一族的，因此，还能够被用作 P 型的掺杂元素。
氮氧化硅(SiOxNy)
SiOxNy 薄膜的性能介于 Si3N4 和 SiO2 之间，兼具两者的优点。它能够抵抗湿气和钠离子的通过， 具有良好的热稳定性和界面应力；同时，薄膜中的 N 积累在硅界面处，减少了拉伸的 Si-O 键的浓度，
可有效抑制热载流子的产生。无锡尚德研究指出氮氧化硅薄膜，随着氧含量减小，钝化效果先增大后 减小，当折射率达到 1.85 时，少子寿命增益最大。在减反射效果上，氮氧化硅薄膜和双层氮化硅薄 膜接近，但均优于常规氮化硅薄膜；在钝化效果方面，少子寿命增益氮氧化硅优于双层氮化硅，双层 氮化硅薄膜优于单层氮化硅薄膜。采用氮氧化硅薄膜的电池相比于双层氮化硅薄膜的电池。
多晶硅中的氧碳行为及其对太阳电池转换效率的影响
立方结构的SiC按照其微结构的不同分为SiC颗粒及SiC纤维，前者是单晶体，后者则是有着很多面缺陷的微晶体，LotnykA等[5]对这两种SiC作了研究，图3-1为它们为这两种SiC所拍摄的扫描电子显微镜（SEM）图。
它们的生成机制是不同的。
SiC颗粒是以多晶硅中的Si3N4为核，当熔融硅中的碳超出其溶解度时产生沉淀；而SiC纤维是以多晶硅中的缺陷为成核点，在硅结晶的过程中碳从融液中扩散入硅中即将成型的晶界中，或者碳在固体硅中通过固态扩散进入硅中的晶界，从而形成了SiC纤维[5]。
碳是一种有害杂质。
碳的主要影响是导致集电区内层错的形成；如果和ⅢΑ结合生成了C-ⅢA对，则会降低P-N结的击穿电压，使得结性变软；对热施主的形成会产生抑制作用，对新施主的形成则有核化作用。
碳不仅可以成为氧沉淀的非均匀成核中心，同时还会影响氧沉淀的形貌和性质。
碳产生影响的临界浓度为(2～5)×1016cm-3；如果氧、碳同时存在，碳还会导致氧旋涡出现；碳也是B旋涡缺陷的形核中心，高碳晶体很容易出现B缺陷，其密度随碳浓度的增加而增加阮善斌15:26:39在经过700～1150oC的退火之后这些沉淀的数量都会上升，在大约950oC的时候达到峰值，约为1012～1013cm-3。
高于1050oC之后，片状沉淀逐渐消失，取而代之的是球状沉淀。
多数研究者都认为，碳可以促进氧的沉淀[16-18]。
在热处理的过程中，碳自身是比较难沉淀的，只能生成少量的SiC沉淀。
如果硅中的氧处于过饱和状态，微量的碳沉淀所造成的体积收缩使得碳成为氧的成核中心[19]。
所以高碳硅中的氧更容易沉淀，尤其在低氧的硅样品中，碳的作用尤为明显。
但也有人认为，碳对氧的作用存在一个临界温度，低于临界温度时，碳会参与氧沉淀的成核和长大，而高于临界温度时，碳不参与氧的沉淀[4]。
3.3 定向凝固多晶硅锭中氧、碳如果定向凝固的冷却结晶过程较快，那么固液面将会在固相中形成一个凹阮善斌15:27:43面，由此就会使得定向凝固多晶硅锭中的杂质分布在径向上也变得不均匀，碳杂质将更多地聚集在硅锭横截面的中部，而氧杂质则更多地聚集在硅锭横截面的边缘部位[3, 8]。
多晶硅太阳电池扩散工艺影响因素分析吴含封
多晶硅太阳电池扩散工艺影响因素分析吴含封发布时间：2021-08-09T04:44:16.394Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第8期作者：吴含封[导读] 与此同时，通过适当加大炉管内的大氮流量、保证炉管内温度分布的合理性，能够有效改善方块电阻的均匀性。
此外，详细流量对方会电阻所产生的影响比较小。
东莞南玻光伏科技有限公司广东东莞 523000摘要：多晶硅太阳能电池的生产离不开液态三氯氧磷，其作为扩散磷源，在多晶硅太阳能电池的生产与制作中发挥着巨大的作用，因此为了能够更加深入的探讨影响多晶硅太阳能电池扩散工艺的因素，本文特针对各种不同工艺参数，对扩散方块电阻均匀性和大小所产生的影响进行研究。
经过本次实验研究可知，为了能够降低扩散工艺因素的影响，可以采用降低再分布时间、加大扩散温度和主扩散时间等方式降低方块电阻，与此同时，通过适当加大炉管内的大氮流量、保证炉管内温度分布的合理性，能够有效改善方块电阻的均匀性。
此外，详细流量对方会电阻所产生的影响比较小。
关键词：多晶硅；太阳电池；扩散；工艺；影响前言现如今，随着全球经济水平的快速提升，社会若想维持发展、人们若想维持正常生活，也需要能源的供应，在现代工业化生产的环境下，石油、煤炭、天然气成为了当代工业化建设的主要能源，但是因为煤炭、石油属于不可再生能源，生产时候也会产生大量的工业废气、废渣，影响生态环境。
这也就表示全球能源危机问题越来越严重，在这种情况下在全球范围内寻找污染、成本低廉且可再生的替代性能源，已经成为整个世界所面临的共同问题之一。
而太阳能作为一种普遍性非常强的可再生性能源不仅具有数量大、范围广和安全性较高等优点，而且太阳能最大的特点就是绿色无污染，与此同时，太阳能成为当代能源开发的主流技术，如今最主流的太阳能电池产业技术为硅太阳电池，该类型电池大约占据整个市场份额在90%以上，而其中多晶硅太阳石因其性价比较高而占据了55%左右的市场份额，但如今的多晶硅太阳电池依然存在着比较严重的问题，比如发电成本较高、光电转化效率较低等，在这种情况下就需要对多晶硅太阳电池的生产工艺进行研究，寻找影响其扩散工艺的主要因素，从而切实提高多晶硅太阳电池的生产效率。
物理提纯硅磷吸杂及其太阳电池光衰减性能的研究的开题报告
物理提纯硅磷吸杂及其太阳电池光衰减性能的研究的开题报告一、选题背景及意义现如今，太阳能发电已成为发展清洁能源的重要措施。
硅材料是目前最常用的太阳电池材料，然而硅磷材料的锗、氧等杂质掺入量较大，导致其光衰减性能较差，影响太阳能发电效率。
因此，对于硅磷材料中的杂质进行控制和去除是提高太阳电池性能的重要途径。
在这一背景下，本文将研究物理提纯硅磷材料中的吸杂问题及其对太阳电池光衰减性能的影响，旨在为太阳能发电的实际应用提供科学依据。
二、研究内容及方法本次研究计划从以下几个方面展开：1. 硅磷材料的物理提纯过程：包括常规的热分解、易滴解、水热等方法，对不同方法的优劣进行分析和比较。
2. 硅磷材料的吸杂机制：通过XRD、SEM、EDS等测试手段，对硅磷材料中存在的主要杂质进行分析，并探究吸杂机制。
3. 硅磷材料的光衰减性能研究：采用太阳模拟器进行光衰减实验，探究不同杂质对于硅磷材料光衰减性能的影响。
4. 太阳电池性能测试：制备不同质量的硅磷薄膜，制备太阳电池并测试其光电转换效率，探究硅磷中杂质控制的重要性以及其对于太阳电池性能的影响。
三、预期成果本次研究旨在探究硅磷材料中吸杂现象以及其对太阳电池光衰减性能的影响，并从物理提纯的角度入手解决该类问题。
研究成果包括：1. 可靠稳定的硅磷物理提纯方法，并对不同方法进行比较分析。
2. 探究硅磷中掺杂杂质的种类，发现吸杂机制。
3. 对照实验结果，提出优化硅磷材料中杂质控制的方法，提出改善太阳电池性能的措施。
4. 制备太阳电池并测试其性能，为太阳能发电的升级提供技术支持。
四、研究计划1. 第一阶段（1-3个月）：文献研究、硅磷材料制备及物理提纯方法的探究。
2. 第二阶段（4-6个月）：研究硅磷中存在的杂质成分和吸杂机制，探究硅磷中不同杂质对光衰减性能的影响。
3. 第三阶段（7-9个月）：制备太阳电池，并对其进行性能测试，看其转化效率。
4. 第四阶段（10-12个月）：对研究结果进行分析，提出优化硅磷材料光衰减性能的方法。
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第37卷第2期河北工业大学学报2008年4月V ol.37No.2JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY April2008
文章编号：1008-2373(2008)02-0066-04
氧对多晶硅太阳电池磷铝吸杂效应的影响
赵秀玲1，杨春明1，宋晶1，任丙彦2
（1.中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220；2.河北工业大学信息功能材料研究所，天津300130）
摘要对不同氧含量的太阳电池用多晶硅片进行了磷扩散吸杂，铝吸杂及磷铝联合吸杂的研究，用准稳态光电导衰减法（QSSPCD）和太阳电池效率测试系统测试了吸杂前后多晶硅片的少子寿命和I
第2期
赵秀玲，等：氧对多晶硅太阳电池磷铝吸杂效应的影响
67
材料，而氧含量对多晶硅材料的影响一直没有系统的研究，对多晶硅太阳电池器件性能的影响更是没有统一的定论．因此在高效多晶硅太阳电池的磷铝吸杂实验中，研究氧含量对多晶硅太阳电池磷铝吸杂效果的影响很有必要[6]．近年来，河北工业大学和浙江大学硅材料研究所都开展了此方面的研究工作，并取得了一定的成果．
本文系统研究了多晶硅片上的磷扩散吸杂，铝吸杂及磷铝联合吸杂．采用准稳态光电导衰减法（QSSPCD）和太阳电池效率测试系统测试了吸杂前后多晶硅片的少子寿命和I
6
(
p p m a)
式中：[O i]为间隙氧的浓度；9.6×100为1107cmΪ¹èƬºñ¶È£®2结果和讨论
2.13种吸杂效果的比较
表1，表2和表3分别列出了磷吸杂，铝吸杂及磷铝联合吸杂前后多晶硅少子寿命的变化．从表中可以看出这3种吸杂方式对于多晶硅的少子寿命都有所提高，其中尤以磷铝吸杂效果为最好．
表1磷吸杂前后多晶硅少子寿命
3左右的掺磷浓度，这样的高浓度会产生磷硅玻璃，从而提供吸杂中心，并有助于硅自间隙原子的大量注入关于Al吸杂，主要有两种机制可
68河北工业大学学报第37卷
以解释，即分凝机制和沉积机制．杂质在Al/Si 合金和硅的界面之间分凝，而在合金中的固溶度高，铝层通过分凝机制从硅衬底中吸除杂质
[7]
．沉积吸杂则是因为合金层中既存在Al 与Si 之间的结构差异所产生的应力场，同时存在有大量缺陷，杂质与缺陷结合能量更低，硅中的重金属杂质从而被有效吸除．
表2
铝吸杂前后多晶硅少子寿命
s
Tab.3
Effect on minority carrier lifetime by phosphorous/aluminum co-gettering
样品12345吸杂前 3.8 4.3 5.3 6.9 6.5吸杂后
16.7
33
45.1
25.3
21.8
在铝吸杂实验中，用激光划片机把样品划开，样品在真空镀膜机内蒸镀铝层后，在980℃N 2气氛下分别退火0.5h ，1h ，1.5h ，2h ，2.5h 完成吸杂．采用准稳态光电导衰减法（QSSPCD ）测试了吸杂前后样品的非平衡少子寿命．从图1中可以看出随着退火时间的增加，样品的少子寿命也随之增加，少子寿命增长幅度也越来越明显，退火时间为1.5h 时，少子寿命的增长幅度达到最大．之后随着退火时间的增加，样品少子寿命的增长幅度又随之下降．
图2
比较了磷铝联合吸杂前后的曲线，经吸杂后多晶硅太阳电池的短路电流和开路电压都有了
明显的提高．
磷吸杂效应要快于铝吸杂，而铝吸杂的吸杂能力和稳定性又高于磷吸杂．磷铝联合吸杂的工艺既具有磷吸杂效应的短时性，又兼具了铝吸杂优越的吸杂能力和稳定性．在磷铝联合吸杂中，体内的硅自间隙原子的过饱和大大增强了吸杂效应．但是如果多晶硅片内位错密度很高，磷吸杂的效率会大大降低，而铝吸杂的效率反而升高．对于磷铝联合吸杂来说，由于高的位错密度，硅自间隙原子浓度减少接近平衡浓度，也将破坏吸杂效应[8]．2.2不同的氧含量对多晶硅磷
铝联合吸杂是多晶硅最为有效的吸杂方式，以下我们将分析多晶
硅中不同初始氧含量对磷
曲线
Fig.2
/V
69
赵秀玲，等：氧对多晶硅太阳电池磷铝吸杂效应的影响第2期量和少子寿命以及电池效率的关系．
从图3中可以看出，当[O i ]<10ppma 时，随着氧含量的增加，少子寿命和电池效率都将增加，在[O i ]~10ppma 时少子寿命和电池效率达到最大；而当[O i ]>10ppma 时，随着氧含量的增加，少子寿命和电池效率又将下降说明低氧促进吸杂而高的氧含量将抑制吸杂效果从
而降低电池的效率．在吸杂过程后，样品的间隙氧含量都呈一致的下降趋势，说明在吸杂过程中也同样生成了氧沉淀．氧沉淀在硅片内部虽然是非电活性的杂质，但它是有效的内吸杂中心，可以吸附金属杂质和缺陷一起沉淀，从而减少分散的复合中心，提高样品的少子寿命．而当初始氧含量很高时反而会降低吸杂效果，这说明高氧抑制吸杂．
3结论
通过对不同氧含量多晶硅片的磷、铝以及磷铝联合吸杂的系统研究，发现这三种吸杂方式对于多晶
硅的少子寿命和电池效率都有很大的提高．其中双面蒸铝然后扩磷的磷-铝联合吸杂方式，对于多晶硅片的少子寿命和电池效率提高最大．在980℃N 2气氛下不同时间退火的铝吸杂过程中，退火时间为1.5h 时吸杂效果最为明显．采用傅立叶红外变换测试吸杂前后氧含量的变化，可以看出在磷铝联合吸杂过程中[O i ]<10ppma 时，随着氧含量的增加，少子寿命和电池效率都将增加，在[O i ]~10ppma 时少子寿命和电池效率达到最大；继续增加氧含量，少子寿命和电池效率又将下降说明低氧促进磷铝吸杂而高的氧含量将抑制磷铝吸杂效果从而降低电池的效率，这和国外文献报道的结果相一致．
参考文献：
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G
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