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太阳能发电硅材料中的金属杂质

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太阳能发电硅材料中的金属杂质

发布日期:2018-07-25 作者:客服 点击:

  太阳能发电硅材料中的金属杂质

  

  太阳能发电硅材料中的金属杂质,特别是过渡族金属,是硅材料中非常重要的杂质,对硅晶体材料及电池的性能有重要的影响。他们主要来源于自硅原料、石英坩埚、Si3N4涂层或者硅片 加工过程。

  

  金属杂质在硅单晶一般以间隙态,替代态,复合体或沉淀存在,往往会引人额外的电子或空穴,导致硅单晶载流子浓度的改变;还会直接引人深能级中心,成为电 子、空穴的复合中心,大幅度降低少数载流子寿命,导致太阳电池的效率降低。

  

  当金属原子以单个形式存在于硅晶体中时,它们具有电活性,同时也是深能级复合中心,可以从两个方面影响硅材料和器件的性能。一是影响载流子的浓度,当其浓度很高时,就会和晶体中的掺杂剂起补偿作用,影响到总的载流子浓度。二是影响少数载流子的寿命。

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  原子态的金属对器件性能的影响,更主要地体现在它的深能级复合中心性质上,它对硅中少数载流子有较大的俘获截面,而导致少子寿命大幅度降低,并且金属杂质浓度越高,其影响则越大。说明硅中少数载流子寿命和金属杂质的浓度成反比。

  

  在室温时,p型硅晶体中电子的热扩散速度为2X107 cms-、在n型硅晶体中,空穴的热扩散速度为1.6X107 cms-10如室温存在的间隙铁,其能级为价带上0. 4eV(Ev+0.4eV),是电子和空穴的复合中心,导致少数载流子寿命的降低,而影响太阳电池效率。

  

  而金属在硅晶体中更多的是以沉淀形式出现,一旦沉淀,它们并不影响硅晶体的载流子浓度,但是会严重影响少数载流子的寿命,如硅晶体中的常见金属铁、铜和镍。金属沉淀对硅晶体和太阳电池的影响大小,还取决于沉淀的大小、沉淀的密度和化学性质。如果金属沉淀出现在硅晶体内,它能使少数载流子的寿命减少,降低其扩散长度,漏电流增加;如果金属沉淀出现在空间电荷区,会增加漏电流,软化器件的反向i-v特性,这种沉淀对太阳电池的影响尤为重要;如果金属沉淀在表面,对集成电路而言,这将导致栅氧化层完整性的明显降低,能引起击穿电压的降低,但是,对太阳电池的性能影响有限。

  

  硅中金属杂质的存在形式主要取决于固溶度,同时,受热处理温度、降温速率、 扩散速度等因素的影响。一般情况下,如果某金属杂质的浓度低于该金属在硅晶体中的固溶度,它们可以以间隙态或替位态形式的单个原子存在,对于硅中金属杂质而言,大部分金属原子是处于间隙位置;如果某金属杂质的浓度大于其在硅晶体中的固溶度,则可能以复合体或沉淀形式存在。

  

  太阳能发电硅材料中的金属杂质是特别过渡族金属,是硅材料中非常重要的杂质。它在硅单晶中一般以间隙太,替代态,复合体或沉淀形式存在。

  

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