非金属材料专业毕业设计（论文）外文翻译-多晶硅太阳能电池定向凝固缺陷和杂质的研究.doc

外 文 译 文多晶硅太阳能电池定向凝固缺陷和杂质的研究摘要我们将注意力集中在了多晶硅材料中降低太阳能电池的效率的缺陷和杂质上。结合少数载流子寿命与晶粒尺寸来说小颗粒区域中少数载流子寿命长。相反地, 少数载流子寿命随着刻蚀坑密度(简称“epd”)增加而减小,表明了刻蚀坑密度强烈影响着少数载流子寿命。电子束诱导电流测量结果表明,晶界和点缺陷处都有很高的复合机制。对于杂质,在一个直拉硅材料上间隙氧浓度比相对较低，而总碳浓度超过硅的溶解度极限的。x射线荧光探针测量表明了在由很多刻蚀坑及具有刻蚀的晶界得区域中有大量的铁,。x -射线近边吸收光谱分析表明了铁是以氧化铁结构存在的。 关键词:缺点;杂质;多晶硅;太阳能电池1.介绍太阳能电池发电的清洁和可再生性使太阳能电池系统被安装的数量呈指数级增长, 在 2004年全世界的太阳能电池产能达到1.2gw。太阳能电池市场的快速发展一直依赖于使用多晶硅(pc-si),因为多晶硅材料的成本相对比较低。然而,太阳能电池产业已经经历了一次硅原料短缺,因此进一步降低成本和提高太阳能电池的效率是必要的。多晶硅材料中有许多限制少数载流子寿命的晶界、缺陷和杂质，所以多晶硅太阳能电池的转换效率是低于单晶硅太阳能电池的转换效率。现在的铸造多晶硅材料与少数载流子扩散长度相比具有足够大且明显地粒径(41厘米)。因此,晶界对转换效率的影响是可以忽略的。相比来说,杂质和缺陷对转换效率有很大影响。如果我们想要提高转换效率，我们需要祛除多晶硅材料中影响其效率的缺陷和杂质，在硼掺杂p型多晶硅中就体现了缺陷和杂质之间的关系。2.实验jfe钢铁公司已经具有高质量的多晶硅材料。面积100平方厘米多晶硅材料的平均扩散长度超过250m（少数载流子寿命30s）其中最大的扩散长度是780m。1平方厘米孔径的多晶硅太阳能电池的最高效率(20.3%) 是使用jfe钢铁公司的多晶硅材料组装获得的。我们使用的材料是电阻率为2.4cm、厚度330m和尺寸大小50*50mm的硼掺杂材料。在实验开始之前，先用硝酸和氢氟酸溶液刻蚀诱发一个断面。使用激光/微波光电导衰减仪(m-pcd)测量的少数载流子寿命分布是用来表示其材料特性的变化。为了测量少子寿命要将材料表面用碘钝化出一个钝化层。将材料用赛科溶液腐蚀10分钟再放在光学显微镜下观察，以便鉴别出材料的缺陷分布，用电子束感应电流(ebic)测量法研究了载流子的复合机制。这三种类型的测量方法都对杂质浓度进行了探讨。间隙氧原子和替碳原子的数量是用空间分辨率微100微米的微观傅立叶变换红外光谱仪测定的。总碳量浓度是用二次离子质谱法测量的。铁的分布是在spring-8第三代同步辐射施设利用x射线荧光微探针测量的。使用热扩散法故意掺杂铁是为了祛除在长晶过程中铁的影响。铁组织的分凝系数是利用x射线近边扫描近边区域分析的铁电状态。3. 结果与讨论3.1.晶界、缺陷和少数载流子寿命一个少数载流子寿命的典型的分布和相应地光学图像在图1中表示出来。在区域(a),有许多小颗粒,但寿命是相对较长。 在区域(b),颗粒比较大,但寿命非常短。在晶粒尺寸大远远大于少数载流子扩散长度时，晶粒尺寸少数载流子寿命是没有任何明显的相关性。用赛科液腐蚀材料表面的观察报告中表明在许多刻蚀坑的区域其载流子寿命是相当短的，而在刻蚀坑少的区域其载流子寿命相当长。如图2所示少数载流子寿命明显的与刻蚀坑密度呈反比例的(简称“刻蚀坑密度”)。这意味着刻蚀坑出现的缺陷是载流子的复合中心而且主要限制少数载流子寿命是在刻蚀坑表面ebic显示的小晶粒图像(图3), 晶界处得复合机制都是不均衡的。（图像颜色越深,复合机制越高）。沿着线a-a0和b-b0的复合机制均低于c点周围的复合机制。在复合机制更高的晶界有很多暗点如线bc。材料的赛科液表面腐蚀研究成果与刻蚀坑的暗点相对应。我们能得出这样的结论:晶界和点缺陷都是非常强的复合中心。3.2.碳、氧、铁杂质微观傅立叶变换红外光谱仪的测量结果如表1。间质氧的浓度(oi)在高刻蚀坑密区域明显高于低刻蚀坑密度区域,但还是相对低于直拉硅材料中的间隙氧浓度浓度。另一方面,替代碳浓度(cs)在每个区域几乎完是全部相同的,它们达到了在硅中溶解度极限。如图4所示,刻蚀坑密度区域中总碳浓度已经超过其溶解度极限,其最大浓度时期溶解度极限的十倍。碳-硅的二元相图表明,过量的碳以于碳化硅结构存在。在铸造生长过程中,残留融化物可能被晶粒包围。当碳的隔离系数是0.07时，残留融化物中的碳浓度会随着晶体生长而增加。因此,如果残余融化物被包围,碳化硅会在当熔体中的碳浓度超过约1%时被融化物隔离。金属杂质会在硅太阳能电池中产生很大的复合机制。一些杂质被包含在硅原料中而其他的是在铸锭和长晶过程中产生的。因此,了解和控制有关铁原子的缺陷以便提高多晶硅太阳能电池的性能是很重要的。图5表示的是使用微观x射线荧光探针测量的铁的空间分布和材料表面同一测量区域中的光学显微镜图。(图像颜色越深,铁含量越高)。材料中的铁浓度显然是不均匀的。结合铁表面光学图像分布表明在晶界和线缺陷区域有中等数量的铁而在有许多刻蚀坑和刻蚀坑晶界区域有大量的铁。x射线近边吸收光谱测定显示在测量有大量的铁的存在的区域中俘获的铁是被氧化的。buonassisi等人的报告表示在多晶硅中有两种类型富铁区域:铁的硅化物微小沉淀和氧化铁微粒。 铁的硅化物尺寸是很小的以至于它的信号是很微弱的。我们可能能发现它的积分时间的增加，但是我们却由于同步加速器运转时间的限制不能使之增加。4.结论尽管多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池相比便宜，但是它们的能量转换效率低，很显然是由于多晶硅晶体有许多缺陷和杂质。本研究就是调查这些缺陷和杂质的影响。实验表明，当颗粒粒径跟载流子扩散长度相比足够大的时候，材料的少数载流子寿命受到刻蚀坑密度很大的影响。载流子复合机制是通过电子束感应电流的大小来测定的，我们观察到复合机制增强的地方主要在晶界和具有点缺陷处。对于杂质,虽然间隙氧浓度要比起溶解限度还要低，但是总碳浓度要超过溶解限度。被污染的铁原子很容易被刻蚀坑和拥有刻蚀