超纯材料硅晶体的掺杂

本征的太阳能发电的硅晶体是超纯材料，在实际应用中，需要故意掺入一定量的电学杂质(掺杂剂），才能控制硅晶体的导电类型和电阻率，得到实际需要的电学性能，制备相应的器件。对于晶体硅太阳电池而言，一般是利用电阻率在1～3Ω· cm左右的p型硅晶体作为基础材料，然后通过扩散n型杂质，形成表面n型区域，构成p-n结，形成太阳电池的核心单元。 　　

由于n型硅晶体的少子寿命长等特点，近年来利用3～6Ω· cm左右n型硅晶体作为基础材料的电池工艺也得到了关注和发展。该太阳能发电技术通过扩散P型杂质，形成p-n结，可以制备高效的硅太阳电池。在硅晶体生长时掺入合适的掺杂剂就成为一个重要的关键问题。 　　

硅单晶是IV族元素半导体，要得到p型硅晶体，一般需要掺入III族元素杂质，如B，Al，Ga 和In；要得到n型半导体，需要掺入V族的P，As和Sb元素。但是，在实际应用中，选择何种掺杂剂，则取决于掺杂剂在硅熔体中的分凝系数、蒸发系数以及需要的掺杂量。对于P型掺杂，由于Al,Ga和In元素在硅中的分凝系数很小，难以得到所需 要的晶体电阻率，所以很少作为硅晶体的P型掺杂剂；而B元素在硅中的分凝系数为0.8，而且它的熔点和沸点都高于硅的熔点，在熔硅中很难蒸发，是硅晶体最常用的P型掺杂剂。而对于n型掺杂，P、As和Sb元素在硅中的分凝系数较大，都可以作为掺杂剂；它们各有优势，应用在不同的场合，而P是直拉硅单晶中最常用的n型半导体掺杂剂。 　　

通过控制掺杂剂的浓度，就可以控制太阳能发电硅晶体的电阻率和载流子浓度。在硅晶体生长时，一般通过在原料硅装料的同时，加入一定量的高纯掺杂剂（B，P 等），当多晶硅熔化时，掺杂剂就熔人硅熔体，通过晶体生长，最终进人硅晶体，达到掺杂的目的。因此，硅单晶的电阻率主要取决于在硅熔体中加人的掺杂剂的量。 　　

太阳电池用硅晶体一般利用高纯的硼（B)或磷（P)作为掺杂剂，掺杂剂本身的 纯度超过99.999%～99.999 9%，通过掺杂不同量的掺杂剂，硅晶体的电阻率得到控制。但是，在实际生产中，硅晶体的掺杂常常利用B，P和硅的合金或者B，P的氧化物等作为掺杂剂，因此，还要根据实际使用的掺杂剂进行修正。 　　

太阳能发电的硅晶体是超纯材料，但是在制作时必须加入以下电学杂质才能控制硅晶体的导电。所以在掺入合适的掺杂剂就是一个关键的问题所在。

更新时间：2015-8-26 7:14:34
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