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。

更新时间：2015-8-29 7:50:08
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