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多晶硅中的杂质对太阳能电池性能的影响

多晶硅中的杂质对太阳能电池性能的影响 光伏研习社
2023-10-25
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导读：蓝色字关注“光伏研习社”
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硅中杂质元素可分为三大类，一是浅层电活性杂质以及氧和碳，此类杂质包括O、C、B、P、Al，其中Р和B对硅的电学性能影响最大，必须降低到最低限度；二是过渡金属元素，此类杂质包括Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Ti、W等，其中Ti、W的含量对太阳能电池的性能影响较大；三是为碱金属和碱土金属,此类杂质以Mg、Ca为主。
杂质原子以及杂质与位错或晶界的相互作用，尤其一些3d过渡金属杂质能带位于Si的中部，会在禁带中部产生能级，形成深能级，成为光生少数载流子的复合中心，为硅的间接复合提供了台阶，使少子寿命急剧降低，影响了太阳能电池的电性能50。但是大部分过渡族金属杂质包含在金属沉淀，晶界夹杂或者内部小晶粒缺陷,在这种情况下，与间隙溶解的金属相比，每个金属原子的复合能力相对被减弱了，太阳能电池对金属杂质的允许值提高到了10'2-101*em3[29。杂质元素对单晶硅太阳能电池的转换效率的影响如图1.7所示。从图中可以看到Ta、Mo、Nb、Zr、 W、Ti、V、Au等的浓度在1013-10'5cm3就会产生影响，Cr、Mn、Co、Ag、Al的浓度在10'cm3以上才有影响，而P、Cu、B的浓度在1018cm3以上才会有影响。金属杂质的浓度对多晶硅的少数载流子扩散长度的影响如图1.8所示53'。从图中可以看出相比于Fe来说，Ti和V对多晶硅的少子寿命的影响更大，它们在1o'l-10l3cm3的较低浓度下就能显著降低少子寿命的扩散长度。比较图1.7可以看出，杂质对多晶硅的影响趋势与对单晶硅的影响趋势相同。
如果要想得到高效率的太阳电池，杂质总量一般不应高于100ppm，Ti、V、P、B必须低于1ppm，金属杂质含量应控制在1015cm3以下。目前，质量好的单晶硅中金属杂质的含量能达到101°cm3，而通常太阳能级多晶硅材料中的金属杂质的含量一般在1012em3~1015cm-3。

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