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太阳能发电硅晶体需要的氮杂质

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太阳能发电硅晶体需要的氮杂质

发布日期:2018-07-25 作者:客服 点击:

  太阳能发电硅晶体需要的氮杂质

  

  氮是太阳能发电材料硅晶体中的一种重要的轻元素杂质。在直拉硅单晶中,如果是在氮保护气中生长单晶硅,就会在硅晶体中引人氮;在铸造多晶硅中,由于石英坩埚的内壁喷涂了 Si3N4颗粒层,它和熔硅轻微反应,导致硅晶体中将引入氮。

  

  氮原子和其他V族元素不同,它在太阳能发电硅晶体 中以双原子氮对形式存在,处于替位态的氮原子很少,因此,在硅中不引人电活性,不会影响硅单晶的载流子浓度。 在直拉桂单晶中,氣的浓度一般在1 X 1015 cm 3以下;而在铸造多晶桂中,晶体生长时间长、和Si3N4涂层长时间接触等原因,其氮浓度要大大增加,一般在1~50X 1014 cm-3范围。由于氮在硅晶体中的分凝系数仅为7X10-4左右,所以,和碳杂质的分布一样,在直拉硅单晶中,氮浓度表现为头部低、尾部高;而铸造晶体硅中,它表现为底部低、顶部高。

  

  和碳杂质一样,在直拉硅单晶中,由于氮浓度相对比较低,所以不易形成Si3N4沉淀。在铸造多晶硅的顶部,由于氮浓度比较高,一般超过5X1015 cm_3的固溶度,因此在该区域易形成S3N4沉淀。这种沉淀和SiC—样,不仅会造成硅太阳电池效率降低,而且容易造成切片过程中切割线的断裂,导致材料的浪费和损失。

  

  由于氮杂质在硅晶体中固溶度比较低,虽然它可以和氧杂质作用形成具有电活性氮氧复合体,并不直接影响太阳电池用硅晶体的电学性能。另外,氮氧复合体可以作为核心,抑制氧施主,却促进氧沉淀;同样由于其浓度较低,对相关电池效率的影响并不显著。

  

  这个太阳能发电材料硅晶体中重要的轻元素之一的杂质,它和碳杂质一样,在硅单晶中的浓度相对比较低的,所以在底部不易沉淀,但是在顶部都是一样,浓度较高,容易形成沉淀,会导致电池效率降低,切片过程中容易断裂,也是有材料的浪费和成本的问题。

 

内蒙古太阳能发电

 

  太阳能发电的硅晶体的氧杂质

  

  在实际硅晶体生长时,无论是太阳能发电直拉硅单晶还是铸造多晶硅,在晶体生长完成后会在晶体炉中缓慢降温,时间长达10多小时,经历了从接近熔点的高温到接近室温的热处理过程,因此,在原生的硅晶体中,即使没有后续热处理,也会存在一定量的氧沉淀,从而对太阳电池的性能产生影响。如直拉硅单晶的头部高氧区域,会导致“黑心片”的出现,其电池效率大受影响。

  

  硅晶体中氧对太阳电池另外一个重要影响,是光衰减效应。直拉硅单晶太阳电池在太阳光照射下会出现效率衰退现象,太阳电池的效率可以在光照10小时后,从 20. 1%衰退到18.7%,可以达到10%左右,在AM1.5的光线下照射12小时,直拉硅单晶太阳电池的效率将呈指数下降,然后达到一个稳定的值。而这个效率衰减,在黑暗中200°C热处理后又能完全恢复。这个问题从而成为直拉硅单晶高效太阳电池的重要影响因素,尤其是高效太阳电池。研究表明,这种现象和一种氧和硼的复合体缺陷有关,其缺陷浓度和氧浓度的平方呈线性关系。但是,到目前为止,其结构、形成等依然没有解决。

  

  太阳能发电硅晶体的碳杂质

  

  碳是硅晶体中的另外一种重要的轻元素杂质。它来自硅原料、晶体炉内的剩余气体以及石英坩埚与石墨加热件的反应,其中最重要的来源是石墨加热件。在硅晶体生长时,高温的石英坩埚与石墨加热件会产生微量反应,生成了 CO气体;部分气体被保护气带出晶体炉,而部分CO气体将进人硅熔体,和熔硅反应,产生单质的碳,留在熔硅中,最终进人硅晶体。

  

  碳在硅中一般占据替代位置,由于碳是四价元素,因此,在硅中不引人电活性缺陷,不会影响硅单晶的载流子浓度。在直拉硅单晶中,替位碳的浓度一般在2X 1016 cm-以下;而在铸造多晶硅中,晶体生长时间长、石墨加热器面积大等原因,其碳浓度要比直拉硅单晶大大增加,一般在1~20X1016 cm-3范围。由于替位碳在娃晶体中的平衡分凝系数为0.07左右,因此,在直拉硅单晶中,碳浓度表现为头部低、 尾部高;而铸造晶体桂中,碳浓度表现为底部低、顶部高;其浓度分布趋势和氧浓度恰好相反。

  

  在太阳能发电直拉硅单晶中,由于碳浓度比较低,所以不易形成SiC沉淀。但是,在铸造多晶硅的顶部,由于碳浓度比较高,一般超过IX 1017 cm-3范围,因此,很容易在该区 域形成SiC沉淀。这种沉淀,不仅会造成电池漏电流增加、效率降低;而且由于SiC沉淀硬度高,很容易造成切片过程中切割线的断裂,导致材料的浪费和损失。

  

  虽然碳浓度比较低时不易产生SC沉淀,但是它能和间隙氧作用,促进氧沉淀、 氧施主的生成。由于氧是硅晶体中的不可避免的主要杂质,在晶体生长完成后的冷却过程或器件加工的热处理过程中,会形成氧施主、氧沉淀。因此,如果硅晶体中存在低浓度的碳,也会通过氧的作用,最后影响硅太阳电池的效率。

  

  氧杂质在太阳能发电电池中即使没有热处理国也会有沉淀的,对太阳电池的性能造成很大的影响;而另一个影响是光衰减效应。碳杂质也是一种重要的轻元素。它的沉淀会造成电池的漏电蹭加,效率降低。

  

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