铸造多晶硅的光致衰减研究

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1、铸造多晶硅的光致衰减研究*王朋杨德仁李晓强余学功阙端麟（浙江大学材料科学与工程系硅材料国家重点实验室，杭州310027）摘要：本文采用卤灯光照，微波光电导衰减仪（MWPCD）测试对铸造多晶硅的光致衰减进行了研究。首先比较了铸造多晶硅与CZ单晶硅的衰减，前者衰减更小，较高含量的碳是一个主要原因，另外由于FeB的分解，光照开始阶段会有寿命的上升。铸造多晶硅同一晶锭不同部位的样品中，底部衰减的最多，顶部最小。同一大片中选取缺陷密度不同的区域，衰减的差别不大。磷吸杂后衰减减少到原生片的1/3-1/2。铸造多晶硅的光致衰减主要与氧浓度高低有关，高含量的碳抑制了衰减，吸杂的高温处理比较有效地减少了衰减。

2、关键词：太阳电池铸造多晶硅光致衰减0引言普通掺B单晶硅太阳电池光照后早期存在效率的衰减，衰减相对值高达10%，这就是光致衰减现象。经前人大量研究发现，主要是由于生成了BO复合体，并且衰减值跟Bs浓度成正比，与Oi浓度二次方正比[1]。铸造多晶硅是最主要的太阳电池材料，相比单晶硅，它含有更多的杂质（Cs,过渡族金属Fe等）和缺陷。在研究不断提高转化效率的同时，光致衰减问题以及这些杂质和缺陷对它的影响也值得引起我们的关注。本文采用卤灯光照，微波光电导衰减仪（MWPCD）测试对铸造多晶硅的光致衰减，杂质和吸杂处理等对它的影响进行了研究。1实验本实验采用太阳能级掺B单晶硅(CZ)和多晶硅片(mc)，

3、电阻率约为1Ωcm，四探针(SevenstarD41-11D/ZM)测试电阻率，FTIR(BrukerIFS66v/S)测试Oi和Cs浓度。RCAⅠ和Ⅱ清洗后，化学抛光（HNO3：HF=3：1）至所需的厚度。在5%HF溶液中浸泡2min后，在PECVD(沈阳中科仪PECVD-400)中双面生长SiNx（SiH（490%N2）=50sccm，NH3=15sccm，SiH4：NH3=1：3，Prf=30W，Tsub=300℃，t=9min），SiNx厚度约100nm。吸杂的样品，化学抛光后，双面旋涂P源，200℃10min烘干，然后RTP900℃100s扩P吸杂，随后同样双面生长SiNx。然后在

4、模拟太阳光卤灯下光照，由MWPCD（SemilabWT-2000）室温下测试样品的寿命随时间的变化，每次光照前样品均经过避光下200℃10min处理。2结果与讨论2.1mc和CZ的光致衰减比较如表1所示，选取具有电阻率和[Oi]基本相同的mc和CZ样品，在1sun下同时光照，测得少子寿命随时间的变化如图1所示。mc寿命衰减比CZ缓慢，且衰减值较小。表1中，mc的[Cs]比CZ的高，高浓度的[Cs]对BO复合体具有抑制作用[1]。另外我们注意到在光照的开始几分钟，mc的寿命突然出现上升，这可能与FeB的分解有关[2]。*通讯作者：杨德仁，男，博士生导师，mseyang@zju.edu.cn.表

5、1CZ和mc的电阻率和[Oi],[Cs]17-317-3ρ(Ωcm)Oi(x10cm)Cs(x10cm)CZ1.68.51.7mc1.58.63.91.1CZ)s1.0mc(m0.90.80.71sun0.6NormalizedLifetime0.50100200300400IlluminatingTime(min)图1CZ和mc在1sun光照下寿命随时间的变化2.2mc不同部位光致衰减如公式(1)定义归一化缺陷浓度Nt*,τ0和τ分别为光照前后的少子寿命，σ与ν分别为电子的俘获界面和热速率，Nt为产生的BO复合体的浓度。由于σ不能确定，所以用归一化缺陷浓度Nt*来表示生成的BO复合体的浓度

6、。11Nt*=-=svNt(1)tt0在mc同一晶锭中分别选取顶部，中部，底部的样品，在1/3sun下光照。根据公式(1)计算归一化缺陷浓度Nt*随光照时间的变化，如图2。底部光照生成的Nt*最大，顶部的Nt*最小。这与文献[3]报道一致。根据氧在多晶硅中的分凝，底部先凝固，氧浓度最高；顶部最后凝固，氧浓度最小。多晶硅的BO复合体的浓度也主要取决于氧浓度的大小。)sm0.35(1/Top0.30Mid1/3sunBottom0.250.200.150.100.050.00010002000300040005000NormalizedDefectConcentrationN*Illuminat

7、ingTime(min)图2mc的顶部，中部，底部在1/3sun光照下归一化缺陷浓度随时间的变化2.3mc中缺陷对光致衰减的影响在mc同一大片中分别选取小晶粒(S1,S2)和大晶粒（L1,L2）区域，均切成2x2cm大小，小晶粒样品的晶界多，位错密度可能更高。在1/3sun下光照，Nt*随时间的变化如图3所示，Nt*的变化基本一致，说明缺陷对衰减的影响不大。)sm0.10(1/0.080.06S1S20.04