硼磷補(bǔ)償晶體硅的基本性質(zhì)及其光伏應(yīng)用研究.pdf

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種非常重要的可再生能源。晶體硅太陽(yáng)電池作為目前光伏市場(chǎng)的主要產(chǎn)品，占據(jù)了90％以上的份額，并在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，降低晶體硅太陽(yáng)電池成本是產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界一直追求的主要目標(biāo)之一。使用低成本的多晶硅原材料，如物理冶金法提純的硅(UMG硅)，能顯著降低太陽(yáng)電池的制作成本，其研究和開(kāi)發(fā)成為目前的關(guān)注重點(diǎn)。由于其提純路線的工藝特點(diǎn)，UMG硅中往往同時(shí)含有高濃度的硼和磷雜質(zhì)，它們?cè)诠柚蟹謩e提供空穴和電子，因此

2、硼磷補(bǔ)償效應(yīng)是影響UMG硅及其制備的太陽(yáng)電池性能的最關(guān)鍵因素。
　　本文研究了硼磷補(bǔ)償晶體硅的基本性質(zhì)及其太陽(yáng)電池的性能，這些研究結(jié)果對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中使用低成本UMG硅來(lái)制備高效率晶體硅太陽(yáng)電池具有重要的指導(dǎo)意義，其主要的創(chuàng)新結(jié)果如下:
　　(1)研究了硼磷補(bǔ)償對(duì)晶體硅基本性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn):晶體硅中硼磷補(bǔ)償共摻雜基本不影響各自的分凝系數(shù)。具有4個(gè)與硼磷能級(jí)相關(guān)的施主受主對(duì)光致發(fā)光峰;通過(guò)對(duì)其中無(wú)聲子輔助的施主受主對(duì)的發(fā)光峰

3、進(jìn)行變溫研究，獲得了補(bǔ)償硅中硼和磷的電離能。研究指出:凈摻雜濃度是影響p型和n型硼磷補(bǔ)償硅中載流子壽命的重要因素，凈摻雜濃度越低，載流子壽命越高。同時(shí)，硼磷補(bǔ)償增加了晶體硅中的電離雜質(zhì)散射強(qiáng)度，同時(shí)降低了多子和少子的遷移率。
　　(2)研究了硼磷補(bǔ)償晶體硅太陽(yáng)電池與普通晶硅太陽(yáng)電池的性能差異。研究發(fā)現(xiàn):硼磷補(bǔ)償晶體硅太陽(yáng)電池具有相對(duì)較高的開(kāi)路電壓和填充因子，從而可以平衡掉低少子遷移率引起較低短路電流的影響，使得其最終可以具有與普通

4、晶體硅太陽(yáng)電池相同的轉(zhuǎn)換效率。研究還發(fā)現(xiàn):高濃度硼磷補(bǔ)償摻雜的晶體硅太陽(yáng)電池在室溫光照下性能衰減非常嚴(yán)重，其絕對(duì)效率衰減高達(dá)3～4％;進(jìn)一步高溫同時(shí)光照，可以生成低復(fù)合活性的硼氧復(fù)合體第三態(tài)，使衰減的電池性能回復(fù)到初始值，而且證實(shí)硼原子直接參與了太陽(yáng)電池中硼氧復(fù)合體第三態(tài)生成過(guò)程。研究還證實(shí):在弱光下，硼磷補(bǔ)償晶體硅太陽(yáng)電池發(fā)電性能略弱于普通晶體硅太陽(yáng)電池，主要是由補(bǔ)償硅中高濃度硼氧復(fù)合體限制的載流子壽命的注入濃度效應(yīng)引起的;而在高溫下

5、，硼磷補(bǔ)償晶體硅太陽(yáng)電池發(fā)電性能優(yōu)于普通晶體硅太陽(yáng)電池，主要?dú)w因于補(bǔ)償硅中少子遷移率隨溫度變化較低的波動(dòng)性。
　　(3)研究揭示了兩種不同的補(bǔ)償度對(duì)晶體硅及太陽(yáng)電池性能的影響機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn):在相同硼濃度下，隨補(bǔ)償度增加，空穴遷移率顯著下降，而電子遷移率幾乎保持不變，補(bǔ)償硅中由硼元素和金屬雜質(zhì)限制的載流子壽命均增加使得少子擴(kuò)散長(zhǎng)度增加，短路電流得到了大幅提升，而開(kāi)路電壓由于減少的凈摻雜濃度和增加的過(guò)剩載流子濃度對(duì)其相反的效應(yīng)先下降后

6、增加，最終太陽(yáng)電池效率隨補(bǔ)償度增加而增加。在相同凈摻雜濃度下，隨補(bǔ)償度增加，空穴和電子遷移率均顯著下降，使得少子擴(kuò)散長(zhǎng)度減小，導(dǎo)致短路電流顯著減少，而開(kāi)路電壓由于漏電流的減小得到輕微提升，最終太陽(yáng)電池效率隨補(bǔ)償度增加而輕微地減小，但此時(shí)的高補(bǔ)償度太陽(yáng)電池在高溫下具有更優(yōu)異的發(fā)電性能。
　　(4)研究了新型的n型硼磷補(bǔ)償晶體硅背發(fā)射結(jié)太陽(yáng)電池的性能。實(shí)驗(yàn)指出:鋁合金化發(fā)射結(jié)深度對(duì)背發(fā)射結(jié)太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓有非常大的影響，較淺的發(fā)射結(jié)深