太阳能发电的硅晶体中的杂质

对于太阳电池用硅单晶材料而言，一方面，为了降低成本，晶体生长工艺的控制要求相对较低，生长设备相对简单，而且太阳能发电晶体生长速度快，会引起较多的杂质和缺 陷； 　　

另一方面，由于其原料硅的来源复杂，既有高纯多晶硅，又有电子级直拉硅单晶、 太阳电池用直拉硅单晶以及铸造多晶硅的头尾料、埚底料、边皮料以及破损硅片等； 因此，太阳电池用硅晶体具有一定的杂质和缺陷，影响太阳电池的光电转换效率。 　

　在太阳电池用硅晶体中，主要杂质包括氧、碳、氮等轻元素杂质和过渡金属为主的金属杂质，而缺陷主要是位错、层错和晶界。 　

　太阳能发电 的硅晶体中的杂质——“氧杂质” 　　

太阳能发电的硅晶体中的氧杂质是硅晶体中的主要杂质，它主要来源于晶体生长过程中石英坩锅的污染，是属于硅单晶中不可避免的轻元素杂质。在硅晶体的生长时，需要利用高纯的石英坩锅，虽然石英的熔点要高于硅材料的熔点（1420°C )，但是，在如此的高温过程中，熔融的液态硅会侵蚀石英坩锅，导致少量的氧加人熔硅，最终进入硅晶体。 　　

硅晶体中的氧一般以过饱和间隙状态存在于晶格之中，没有电话性。在直拉硅单晶中，间隙氧的浓度一般在5～20X1017 cm范围；而在铸造多晶硅或者铸造单 晶硅中，由于在石英坩埚的内壁喷涂了 Si3N4颗粒层，有效地阻隔了熔硅和石英坩埚的直接接触，导致其氧浓度要比直拉硅单晶大幅降低，一般在1～7X1017 cm-3范 围。由于间隙氧在硅晶体生长过程中存在分凝现象(分凝系数为1.25)，因此，在直拉硅单晶中，氧浓度表现为头部高、尾部低;而铸造晶体硅中，氧浓度表现为底部高、顶部低。 　

　由于间隙氧是以过饱和形态存在于硅晶体中，因此，在一定的热处理条件下，它会以第二相形态析出。如果热处理温度在350～550°C左右，间隙氧析出会形成“热 施主”，具有电活性，对硅晶体提供电子，其浓度和热处理时间、温度有关，最高浓度 可近似达1X1016 on—3范围。如果在550～800°C左右长时间热处理，间隙氧析出会 形成“新施主”，和热施主统称为“氧施主”；同样，它也具有电活性，对硅晶体提供电 子，其浓度和热处理时间、温度有关，最高浓度可近似达IX 1015 cm—3范围；如果在 700～1150°C左右热处理，则有可能形成棒状、片状或多面体的氧沉淀(SiOJ。 　　

前两者给硅晶体提供电子，影响载流子浓度和电阻率，甚至造成太阳能发电硅晶体反型；而后者没有直接的电活性，但是可以降低少数载流子寿命，而可以作为金属沉淀的核心，进一步 影响硅晶体的性能。因此，硅晶体中的高氧浓度会直接影响太阳电池的效率。显然，对于铸造多晶硅而言，由于氧浓度比较低，其电池效率受氧杂质的影响就相对较少。 　　 　　

在对于太阳能发电电池用的硅单晶材料而已，降低成本是最重要的，在成本合理的情况下并着效率的问题。氧杂质一般都是在晶格之中的没有电话性的，所以在一定的热处理下它会有第二个形态出现。

更新时间：2015-8-28 7:26:55
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