光致發(fā)光技術(shù)在檢測晶體Si太陽電池缺陷的應(yīng)用

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 原材料原因

　　單晶Si由于本身內(nèi)部長程有序的晶格結(jié)構(gòu)，其電池效率明顯高于多晶Si電池，是Si基高效太陽電池的首選材料。然而，單晶Si內(nèi)部雜質(zhì)和晶體缺陷的存在會影響太陽電池的效率，比如：B-O復(fù)合體的存在會導(dǎo)致單晶電池的光致衰減；內(nèi)部金屬雜質(zhì)和晶體缺陷(位錯等)的存在會成為少數(shù)載流子的復(fù)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(xiàn)除電池柵線外圖像灰度均勻。

　　圖3為Si片原材料存在嚴重缺陷的電池PL圖片，分別俗稱“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，說明該處有影響電子和空穴的輻射復(fù)合的因素存在。對于直拉單晶Si，拉棒系統(tǒng)中的熱量傳輸過程對晶體缺陷的形成與生長起著決定性的作用。提高晶體的溫度梯度，能提高晶體的生長速率，但過大的熱應(yīng)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，旋渦缺陷是點缺陷的*，產(chǎn)生于晶體生長時，微觀生長速率受熱起伏而產(chǎn)生的周期性變化造成雜質(zhì)有效分凝系數(shù)起伏造成的。旋渦缺陷典型位錯密度為106～107cm-3，遠高于太陽能級單晶Si片所要求的缺陷密度(小于3 000 cm-3)。

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

2.2 擴散工藝

　　擴散是制備晶體Si太陽電池的關(guān)鍵工藝步驟，其直接決定著電池的光電轉(zhuǎn)換效率。擴散的要求是獲得適合于太陽電池p-n結(jié)需要的結(jié)深和擴散層的方塊電阻，當(dāng)p-n結(jié)較淺時，電池短波響應(yīng)好，但同時淺結(jié)會引起串聯(lián)電阻增加。結(jié)深過深，死層比較明顯，高擴散濃度會引起重摻雜效應(yīng)，使電池開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，考慮到各個因素，太陽電池的結(jié)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(biāo)。方塊電阻均勻性的提高使得電池的p-n結(jié)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，進而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。

　　圖4(a)PL圖像右側(cè)出現(xiàn)陰影，還可以看到清晰手指印(方框處)，說明生產(chǎn)過程存在工藝污染現(xiàn)象。該電池片的光生誘導(dǎo)電流測試圖如圖4(b)，可以看到與PL圖像對應(yīng)處的誘導(dǎo)電流很低，也驗證了電池對應(yīng)區(qū)域存在載流子的強復(fù)合中心。利用硝酸溶液將電池電極腐蝕掉，通過四探針測試儀測量方塊電阻，發(fā)現(xiàn)右側(cè)方塊電阻很大，擴散嚴重不均勻。