【摘要】：鑄造多晶硅目前已經(jīng)成功取代直拉單晶硅而成為最主要的太陽(yáng)能電池材料。鑄造多晶硅材料中高密度的雜質(zhì)和結(jié)晶學(xué)缺陷(如晶界,位錯(cuò),微缺陷等)是影響其太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的重要因素。深入地研究材料中缺陷和雜質(zhì)以及它們對(duì)于材料電學(xué)性能的影響,有利于生產(chǎn)出高成品率的鑄造多晶硅錠,降低鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池的制造成本,同時(shí)也是制備高效率鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池的前提。 本文利用傅立葉紅外分光光譜儀(FTIR),微波光電導(dǎo)衰減儀(μ-PCD),紅外掃描儀(SIRM),以及光學(xué)顯微鏡(Optical Microscopy)等測(cè)試手段,對(duì)鑄造多晶硅中的原生雜質(zhì)及缺陷以及少子壽命的分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要包括以下三個(gè)方面:間隙氧在鑄造多晶硅錠中的分布規(guī)律;鑄造多晶硅中雜質(zhì)濃度的分布與材料少子壽命的關(guān)系;鑄造多晶硅中缺陷的研究及其對(duì)少子壽命的影響。本文所得到的主要結(jié)論如下: 鑄造多晶硅中氧濃度大小及其分布規(guī)律對(duì)硅錠的質(zhì)量具有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)鑄造多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中,氧沿鑄造多晶硅錠生長(zhǎng)方向的分布主要取決于生長(zhǎng)過(guò)程中氧的分凝和氧的揮發(fā)。一個(gè)包括了氧的分凝和揮發(fā)的新模型被用來(lái)模擬氧在硅錠中的分布曲線。結(jié)果顯示模擬曲線能夠很好地?cái)M合氧在硅中實(shí)際分布曲線。進(jìn)一步研究表明氧濃度及其的分布曲線受模型中指數(shù)X的影響,隨著X的增大,硅錠中總的氧濃度將降低且氧的分布曲線變得更加陡峭,這有利于降低硅錠底部低少子壽命區(qū)域的高度,提高硅錠的利用率。 采用μ-PCD測(cè)得了沿硅錠生長(zhǎng)方向(從底部至頂部)的少子壽命分布圖。結(jié)果顯示距離硅錠底部4～5cm,以及頂部2cm的范圍內(nèi)存在一個(gè)少子壽命值過(guò)低的區(qū)域,而硅錠中間區(qū)域少子壽命值較高且分布均勻。通過(guò)FITR測(cè)得硅錠中的氧濃度隨硅錠高度的增加而逐漸降低,而碳的分布情形則剛好相反,隨硅錠高度增大而增大。間隙鐵的分布呈現(xiàn)硅錠中間部分濃度低,而兩端濃度顯著增加的特征,研究表明鐵在底部以及頂部濃度的增加分別與坩堝向硅錠底部進(jìn)行固相擴(kuò)散和分凝有關(guān)。硅錠底部及頂部區(qū)域內(nèi)高濃度的鐵、氧等雜質(zhì)為影響少子壽命值的關(guān)鍵因素。 此外,本文還利用擇優(yōu)腐蝕結(jié)合光學(xué)顯微鏡以及紅外掃描儀(SIRM)研究了硅中的缺陷形態(tài)及密度分布。我們發(fā)現(xiàn)硅錠頂部由于生長(zhǎng)過(guò)程中的快速冷卻