太阳能级多晶硅中的晶体缺陷及其控制.PDF

维普资讯 第l0卷 第 4期 太 阳 能 学 报 Vo1．10。No．4 Ig80年10月 0ct．， Ig80 AC丁A ENERGIAE SOLARIS SINICA 太阳能级多晶硅中的晶体缺陷及其控制 王 武 朱建军 舒光冀 李 军 (东南大学材料科学与工程系) 摘 要 奉文报道了位错、掣 等晶体缺陷在多晶硅材料中的分布规律及结晶条件对其影喻，井 撵讨 了控击唾囊圈条件以降低晶体缺鹅密度的可能途餐。结果表明，在相同的结晶条件下各类晶体 缺陷 在多晶硅键的同一横截面上呈均匀分布，但在措结晶生长方向上不同部位存在较大差异I 凝 固过 程中横向温度梯度对位错密度有显著影响，控制合理结晶条件将使位错密度显著降低。 由于成本低廉及制备工艺过程简单，多晶硅选一用于制备太阳电池的新型 能 蔼f转 换材 料，近年来在国内外得封迅速的发展 。与单晶硅相比，由于多晶硅原材料 中有较高的杂质 元素，并且结 晶条件和结晶组织也有差异，故多晶硅材料中存在较多的位错、挛晶等 晶体缺陷， 它们在光电转换器件 中将成为载滴子的众多复合中心而严重影响太 阳 电池 的光 电转 换效 率0， 因而研究各类晶体缺陷的分布及其控制方法，对于多晶硅材料的进一步发展具有重要 意义 )。 作者以经纯化处理的优级冶金级硅为原料，应用控帝葺凝 固技术制备出多 晶硅材料， 采用 射线衍射和光学金相方珐研究了位错 挛晶、小角度晶界等晶体缺陷及它们在 多晶硅晶 体中的分布规律，并且撵讨了晶体缺陷密度与多晶硅结 晶条件向的关系以及有效地降低晶体 中位错密度的可能途径。 二、材料与实验方法 ， 原材料选用经纯化处理的优质冶金级硅，其杂质元素含量见表 1。多晶硅的制备在 自行 衰 1 原料硅中杂质舍■(ppm wt．) 元 素 Fe G MD Mg Cu Go V Pb 古 量 30．4 9．14 2．40 I．34 2．37 l，08 1．16 O．85 元 素 Cr AI P B Ni O 其 它 古 量 1．49 0．70 20．7 11．7 8，87 擞 量 撮 微 现工作单位 为电子工业部 1014研宪所 本文1那7年 7月27日收到 维普资讯 362 太 阳 能 学 报 10卷 研制的受控凝 固装置上进行。实验 中温度梯度G 为 40PC／cm，结晶速度为3，6cm／h。多晶硅的结晶组 织为平行于凝 固生长方 向的柱状 晶组织，最大硅锭 直径可达~200mm，平均 晶粒尺寸为3—4mm。图1 为多晶硅锭横剖面的金相照片。所得硅锭在切片、 精磨后用替换 Secco腐蚀液浸蚀，以观察各剖 切 截 面的组织特征，将硅片用White腐蚀液化学抛 光 并 经Secco腐 蚀液授蚀后，可显示位错等晶体缺陷。 射线衍射在转耙 射线衍射仪上进行，用以测定晶 体结晶位 向及小角度晶界等。 图1 多晶硅锭横截面的金相照片(4×) ‘ 三、位错、挛晶等 晶体缺陷及其分布 多晶硅片经磨制、授蚀后即可在光学金相显微镜下观察到位错蚀坑 。由于选用的腐蚀液 无选择性，故位错蚀坑呈圆状或椭圆状 。作者沿多晶硅锭的轴 向(结 晶生长方 向)