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

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1、中山大学博士学位论文物理提纯硅磷吸杂及其太阳电池光衰减性能的研究姓名：徐华毕申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：沈辉20100606摘要人类进入21世纪以来，以晶体硅太阳电池为主的世界太阳能光伏产业取得突飞猛进式的发展。在本世纪伊始，太阳能级硅材料曾一度紧缺而成为束缚光伏产业发展的瓶颈，硅材料市场价格因此暴涨，从2005年之前的每公斤50"-'60美元上涨至2008年的300---'400美元以上，硅材料的紧缺局势在最近两年里随着国内外硅材料生产企业的纷纷投产才得以逐渐缓解。在太阳能

2、级多晶硅不同生产工艺当中，物理提纯法(亦称冶金法)由于其生产成本相对于西门子法比较低廉，约在20美元／公斤以下，加之生产工艺简单易行，被视为最有可能取代传统改良西门子法生产太阳能级多晶硅的有效途径。由于物理提纯硅是从纯度约为99％(2N)的冶金级硅通过冶金和物理提纯工艺直接提纯至5N而来，因而材料性能不及传统改良西门子法生产的高纯硅(>7N)，制备出的太阳电池效率相对于高纯硅太阳电池也较低。因此，在物理提纯硅材料制备成电池之前对其进行吸杂工艺研究以期提高电池的性能是尤为必要的。本论文主要针对物理

3、提纯晶体硅片进行磷(P)吸杂工艺研究，优化吸杂工艺参数以期尽可能提高其少子寿命等电学性能，同时将吸杂硅片和原生硅片以同样工艺制备成太阳电池以检验吸杂工艺的效果并进行光衰减性能方面的研究。论文工作主要包括以下几点：1．光伏产业及太阳能级硅材料综述。简要概述了当前光伏产业发展概况；太阳能级硅材料在近年来仍然是决定晶体硅电池生产成本的主要因素，本文对其生产与发展概况作了系统的概述，其中对太阳能级硅材料的一些主要生产方法，尤其是当前研究得比较热门的物理提纯法，均作了比较详细的介绍。2．物理提纯硅P吸杂工

4、艺研究。通过调整吸杂温度、吸杂时间和P源流量等参数对吸杂工艺进行优化，以期尽可能最大限度地提高硅片少子寿命等电学性能。吸杂前后采用WT2000型少子寿命仪对硅片进行少子寿命测试；为了定量地检验吸杂工艺的效果，研究过程中还采用了电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP．OES)对吸杂前后的硅片进行了定量地测试和分析，同时将吸杂硅片和原生硅片以相同的工艺制备成太阳电池，以此与上述ICP．OES测试结果结合起来共同检验和分析P吸杂的效果。i中山大学博士学位论文3．研究影响物理提纯硅片少子寿命的主要因素。晶体

5、硅片中，特别是在多晶硅片中位错密度的高低通常被认为是决定硅材料少子寿命等电学性能的主要因素。针对物理提纯硅片中高含量的杂质和高密度的位错等大量的微缺陷，对其在1100℃""1400℃范围内进行高温退火热处理，研究硅片体内位错密度及少子寿命和电阻率等电学性能的变化情况。实验中采用金相显微镜和扫描电镜观察位错密度变化情况，同时采用WT2000型少子寿命仪和四探针测试仪对硅片的少子寿命和电阻率进行测试。实验结果表明，经过高温退火后的硅片体内位错密度和少子寿命以及电阻率均随着退火温度的升高而呈现降低的趋

6、势，这说明了对于高杂质含量的物理提纯硅片，位错密度并不是决定其少子寿命的主要因素，决定其少子寿命变化的主要因素应该是其中杂质的结构状态和分布及其在硅片内部造成的大量微缺陷等。4．物理提纯硅太阳电池光衰减性能研究。采用金卤灯作为模拟太阳光源，每隔一定的时间(如1min，5min，10min等)对电池进行I．V特性测试，从而描绘出电池的转换效率小开路电压Vo。、短路电流I辩、填充因子FF等主要性能参数的衰减变化曲线。同时对吸杂电池片和原生电池片光衰减变化情况作出相应的比较和分析。结果表明：物理提纯单

7、晶硅片衰减幅度比较明显，尤其是小V附I。。、最大功率点功率(Pm)衰减幅度较大，特别是在光照的开始阶段最大，随后逐渐趋于平缓；串联电阻(＆)略呈增大趋势，并联电阻(Rsh)略呈降低趋势，’FF变化不大，总体变化并不明显。总体说来，原生电池片的光致衰减效应比吸杂电池片更加明显。关键词：太阳能级硅；物理提纯硅；磷贼”高温退火；光衰减。ABSTRACTSince2000year,crystallineSi—basedphotovoltaic(PV)industryhasachievedrapiddev

8、elopmentworldwide．Atthebeginningofthenewcentury,solargradesilicon(SG—Si)materialshaseverbeenshorti11demandandconstrainedthedevelopmentofPVindustry．FreemarketpricesofSimaterialsgrewrapidlyfrom50--。60US$／kgbefore2005tomorethan300～400US$／kgin2008．Thesho