光致發光技術在檢測晶體Si太陽電池缺陷的應用

　　2 結果與分析

　　2.1 原材料原因

　　單晶Si由于本身內部長程有序的晶格結構，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內部雜質和晶體缺陷的存在會影響太陽電池的效率，比如：B-O復合體的存在會導致單晶電池的光致衰減；內部金屬雜質和晶體缺陷(位錯等)的存在會成為少數載流子的復合中心，影響其少子壽命。圖2為高效率電池光致發光圖像，發現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合的因素存在。對于直拉單晶Si，拉棒系統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，但過大的熱應力極易產生位錯。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*，產生于晶體生長時，微觀生長速率受熱起伏而產生的周期性變化造成雜質有效分凝系數起伏造成的。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)。

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

2.2 擴散工藝

　　擴散是制備晶體Si太陽電池的關鍵工藝步驟，其直接決定著電池的光電轉換效率。擴散的要求是獲得適合于太陽電池p-n結需要的結深和擴散層的方塊電阻，當p-n結較淺時，電池短波響應好，但同時淺結會引起串聯電阻增加。結深過深，死層比較明顯，高擴散濃度會引起重摻雜效應，使電池開路電壓和短路電流均下降。在利用絲網印刷制電極的電池制作中，考慮到各個因素，太陽電池的結深一般控制在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。方塊電阻均勻性的提高使得電池的p-n結平整性變好，能夠提高光生載流子的收集概率，增加短路電流，進而提高電池的轉換效率。

　　圖4(a)PL圖像右側出現陰影，還可以看到清晰手指印(方框處)，說明生產過程存在工藝污染現象。該電池片的光生誘導電流測試圖如圖4(b)，可以看到與PL圖像對應處的誘導電流很低，也驗證了電池對應區域存在載流子的強復合中心。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，發現右側方塊電阻很大，擴散嚴重不均勻。