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铸造单晶位错产生的原因

铸造单晶位错产生的原因 光伏研习社
2024-01-23
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位错是晶体中线缺陷的一种,也是 CM-Si 中最常见的缺陷。位错的存在不仅会使得晶体中晶格产生畸变,使得晶体中出现应力场,而且会在禁带中,引入易与少子复合的能级,使得复合活性增加,少子寿命减少,严重影响太阳电池效率。并且由于位错的带电特性,位错本身不仅会形成复合中心,而且其结构可以吸附同样带电的金属杂质,也可形成深能级复合中心,对晶体的少数载流子寿命和太阳电池效率产生影响。下图 1.10 为少数载流子寿命与位错密度的关系图。由图可见,当晶体硅中的位错密度达到 105cm2时,少数载流子寿命呈指数型下降,因此,CM-Si 中位错的控制十分重要。



籽晶中的初始缺陷是位错产生的主要区域。由于 CM-Si 生长中引晶使用的籽晶是由 CZSi所得,因此在石英底部铺设的籽晶必须以拼接方式存在。拼接籽晶间的原子错排,会导致初始位错的产生。从籽晶处产生的位错在生长过程中,无晶界阻挡吸收,一旦产生便会不断增殖。因此针对籽晶中位错生成的研究及控制具有重要意义。如图 1.11 所示,根据研究[22知,除去热冲击引起的位错,CM-Si中的位错产生机理有以下三种产生方式。

(1)由于方形籽晶加工为机械切割,表面存在的切割损伤可能导致初始位错的产生。CM-Si中的籽晶表面存在的切割损伤层是一种原子错排的体现,这也是原始缺陷的一种。此外,当籽晶达到接近熔融温度时,为使能量达到最小化,位错可能会从表面区域移开,并在晶胞结构中重新排列,从而在生成晶体中形成初始位错。且研究知 900C以上时,即使表面上的细小划痕也会使得位错生成。

(2)由于 CM-Si底部铺设的籽晶以拼接的方式存在,在籽晶拼缝处,从两个粗糙表面出生长晶体,存在初始原子错排。即使对籽晶侧面进行处理,两个籽晶侧面晶向也存在略微的晶界差,并且在相邻籽晶的角度差小于 0.02°时,也能在拼接缝处观察到位错的产生。当晶体硅凝固后,体积增大,两籽晶间的拼缝处会发生塑性变形,这同样会导致初始位错的产生。

(3)坩埚及籽晶之间的压痕会导致底部形成位错。但是,由于籽晶底表面晶体未熔化,位错很少发生位移,不易传导到晶体硅中,可忽略其位错的影响。


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