光致發(fā)光技術(shù)在檢測晶體Si太陽(yáng)電池缺陷的應用

　　2 結果與分析

　　2.1 原材料原因

　　單晶Si由于本身內部長(cháng)程有序的晶格結構，其電池效率明顯高于多晶Si電池，是Si基高效太陽(yáng)電池的首選材料。然而，單晶Si內部雜質(zhì)和晶體缺陷的存在會(huì )影響太陽(yáng)電池的效率，比如：B-O復合體的存在會(huì )導致單晶電池的光致衰減；內部金屬雜質(zhì)和晶體缺陷(位錯等)的存在會(huì )成為少數載流子的復合中心，影響其少子壽命。圖2為高效率電池光致發(fā)光圖像，發(fā)現除電池柵線(xiàn)外圖像灰度均勻。

　　圖3為Si片原材料存在嚴重缺陷的電池PL圖片，分別俗稱(chēng)“黑邊”和“黑心”片，PL圖像中的黑心和黑邊是反映在光照條件下該部分發(fā)出的1 150 nm的紅外光強度較其他部分弱，說(shuō)明該處有影響電子和空穴的輻射復合的因素存在。對于直拉單晶Si，拉棒系統中的熱量傳輸過(guò)程對晶體缺陷的形成與生長(cháng)起著(zhù)決定性的作用。提高晶體的溫度梯度，能提高晶體的生長(cháng)速率，但過(guò)大的熱應力極易產(chǎn)生位錯。在圖3(b)中甚至可以很清楚地看到旋渦缺陷，旋渦缺陷是點(diǎn)缺陷的*，產(chǎn)生于晶體生長(cháng)時(shí)，微觀(guān)生長(cháng)速率受熱起伏而產(chǎn)生的周期性變化造成雜質(zhì)有效分凝系數起伏造成的。旋渦缺陷典型位錯密度為106～107cm-3，遠高于太陽(yáng)能級單晶Si片所要求的缺陷密度(小于3 000 cm-3)。

　　原材料缺陷勢必導致Si襯底非平衡少數載流子濃度降低，造成擴散結面不平整，p-n結反向電流變大，從而影響太陽(yáng)電池效率。

2.2 擴散工藝

　　擴散是制備晶體Si太陽(yáng)電池的關(guān)鍵工藝步驟，其直接決定著(zhù)電池的光電轉換效率。擴散的要求是獲得適合于太陽(yáng)電池p-n結需要的結深和擴散層的方塊電阻，當p-n結較淺時(shí)，電池短波響應好，但同時(shí)淺結會(huì )引起串聯(lián)電阻增加。結深過(guò)深，死層比較明顯，高擴散濃度會(huì )引起重摻雜效應，使電池開(kāi)路電壓和短路電流均下降。在利用絲網(wǎng)印刷制電極的電池制作中，考慮到各個(gè)因素，太陽(yáng)電池的結深一般控制在0.3～0.5μm，方塊電阻在40～50Ω／□，選擇的熱擴散方法為液態(tài)源擴散法。Si片單片方塊電阻的均勻性是衡量高溫擴散效果的重要指標。方塊電阻均勻性的提高使得電池的p-n結平整性變好，能夠提高光生載流子的收集概率，增加短路電流，進(jìn)而提高電池的轉換效率。

　　圖4(a)PL圖像右側出現陰影，還可以看到清晰手指印(方框處)，說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程存在工藝污染現象。該電池片的光生誘導電流測試圖如圖4(b)，可以看到與PL圖像對應處的誘導電流很低，也驗證了電池對應區域存在載流子的強復合中心。利用硝酸溶液將電池電極腐蝕掉，通過(guò)四探針測試儀測量方塊電阻，發(fā)現右側方塊電阻很大，擴散嚴重不均勻。