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。 　　

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。

更新时间：2015-8-31 7:24:56
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