硅片中FeB、BO复合体测试

1、浙江昱辉阳光能源有限公司 -陈双、祝祯凤 一、背景 二、PV2000原理等简介 三、单晶硅片中FeB、BO复合体测试 四、多晶硅片中FeB、BO复合体测试 五、小结 继少子寿命、碳氧含量、电阻率研究之后，FeB、BO复合体也进入大 家的视线，其表征及改善也成为大家比较关注的问题之一。 并且，虽然SIMS和ICP-MS均能测试硅片中各种金属杂质，可是却不 能给出杂质的分布情况。 基于此，研究硅片中杂质的分布情况对表征硅晶体的质量就更加重 要，并在此基础上，研究其对硅片质量的影响并进行改善。 PV2000或硅晶片重金属沾污测试系统，是Semilab SDI公司推 出的测试设备，其原理： 采用表面光

2、电压法（SEMI国际标准-391）测试原理，是用大于半导体禁带宽度 的能量(采用两个激光器照射硅晶片表面），在其内部将产生电子-空穴对。电子- 空穴对向表面扩散，在耗尽层电场的作用下将发生分离，从而产生表面光电压。而 通过扩散长度的测试及其变化，又可计算得到其他参数。 载流子扩散长度是半导体材料或器件的重要电学参数，直接反映的是半导体材 料、器件体内的重金属玷污和缺陷情况，同时也可表征BO复合体的含量。 Fecm-3= 1.05E16(Lafter-2 - Lbefore-2) SiSiSiSiSiSi SiSiBFeSiSiSiSi SiSiSiSiSi Fe B Si Before Dis

3、sociation Si After Dissociation (optical) SiSiSiSiSi Fei SiSiBSiSiSi SiSiSiSiSiB Fei SiSiSiSiSiSi Light induced dissociation h 1.1eV Fe i B + B Fe i 在P型硅片中，Fe大多以FeB复合体的形式存在， 是弱复合中心，见左图。 在能量大于1.1ev的光照下，这种FeB复合体极易 打开，且以间隙态存在，这种间隙态是一种强复 合中心，见下式： FeB复合体测试原理复合体测试原理 FeB键的打开和复合影响硅片的扩散长度， 通过测量扩散长度的变化，计算出Fe的

4、 含量，计算公式如下： 6 6 BO复合体的测试原理复合体的测试原理 B + O2i Light induced dissociation h 1.1eV 200C thermal dissociation EA = 1.38eV BO2i Lifetime Killers FeiB + BFei 200C thermal dissociation EA = 1.17eV Light induced association h 1.1eV 同FeB复合体相似，BO复合体的打开或者复合同样会影响扩散长度的变化，利用 这种变化来计算BO复合体的浓度。 在硅片中，光照下FeB复合体打开，BO复合体形

5、成；可是在加热条件下， FeB 复合体打开，BO复合体也打开(见上)，利用这个差异，避免测试BO时FeB引起 的干扰。 图1 晶棒电阻率分布曲线 图2 晶棒FeB、BO分布曲线 硅片编号 1、整根晶棒共取样片105片，电阻率测试取每段硅块的头尾 2、电阻率分布在1-3*cm之间，与理论计算和我司控制目标相符； 3、Fe分布比较均一，均低于5E10cm-3，头部、尾部含量略高于中部； 4、BO复合体头部较低，靠近尾部区域有个别较高现象，但是基本在3E10cm-3 以下。 随机选取公司6寸晶棒，按照正常流程生产后，切片后每间隔约10mm取样片一张； 利用PV2000进行测试。 分析： 1、FeB复

6、合体尾部稍高，与分凝有关，尾部金属杂质含量较高； 2、BO复合体存在尾部稍高现象，与在该条件下，其他一些缺陷也被检测到有关； 3、硅片质量FeB复合体浓度均低于5E10cm-3 ，对少子寿命及电池片质量影响较小； 硅片Fe浓度在10E11cm-3以下，可通过后续的磷吸杂工艺去除，据文献报道，当 Fe10E13cm-3时，会影响后续电池工艺(见图3)。 4、BO复合体浓度集中在 1.3-3E10cm-3之间，对后续电池片开路电压影响较小(见图4)。 图3 不同温度下，铁浓度与少子寿命关系图 J. Appl. Phys. 69(5), 3077 图4 开压与BO复合体浓度关系图 A B C D E

7、 头 中 尾 头 中 尾 头 中 尾 图5 硅片测试结果图示，自左至右依次是少子寿命/s、Fe、BO浓度/cm-3 备注： 1、图5中头中尾是从每段中按照生长方向取的的样片； 少子寿命、少子寿命、FeBFeB、BOBO测试图测试图 小结 少子寿命普遍呈现中间高，边缘低，一方面与硅棒生长规律有关，另一方面 也与切片清洗有关； 尾部少子寿命高的区域偏向边缘，与尾部晶体生长温度梯度及杂质较多有关； FeB、BO复合体分布比较均匀，浓度也较低； 硅片边缘很小区域FeB、BO含量稍高，且基本在同一部位，与边缘扩散有关； D、E段区域，FeB、BO复合体浓度均有所增加，与尾部杂质含量高有关。 备注： 1、

8、硅片编号1代表硅锭底部，12代表硅锭顶部。 图6 多晶硅块电阻率及少子寿命分布图7 多晶硅块FeB、BO浓度分布/cm-3 距离硅锭底部距离/cm 随机选取多晶硅锭及硅块，切片后每间隔约10mm取样片一张，研究分析多晶硅锭FeB、 BO分布情况及浓度水平 。 图8 硅锭中Fe含量分布 杂质和缺陷对铸造多晶硅寿命分布的影响,太阳能学报, 2007, Vol.28(12) 1、硅块电阻率在1.5-2.2*cm之间； 2、Fe含量分布呈中间低，两端高的趋势，与坩埚及分凝有关； 3、如前所述，硅片Fe浓度在10E11cm-3以下，可通过后续的磷吸杂工艺去 除，对电池片影响较小. 1、同一张硅片上，扩散

9、长度高的区域从底到顶逐渐缩小； 2、硅块底部均存在两边缘扩散长度较低，而顶部逐渐变为一边区域低， 且面积扩大； 扩散长度分布图扩散长度分布图 1 121110 876 432 9 5 图9 硅块扩散长度分布图 1、底部Fe含量高的区域主要集中在硅片边缘，且存在一些Fe含量较大的点状区域 (红点区域)； 2、接近顶部区域Fe分布较均匀，且含量增加； 3、同图9对比，边缘处Fe含量高的区域，对应着少子寿命(扩散长度)也低； 1 5 9 图10 Fe浓度分布图 1、底部BO复合体含量高的区域主要集中在两条边缘处； 2、顶部BO复合体含量高的区域向中间分布，趋向均匀化； 3、对比图9，同样，BO含量高

10、的区域，少子寿命也较低。 1 5 9 图11 BO浓度分布图 小结： 硅块中，由于分凝，Fe及BO含量在顶部分布趋于均匀； 硅片均呈现边缘少子寿命较低，Fe含量较高，与扩散和切片有关； Fe及BO复合体含量对少子寿命有影响，一般说来FeB、BO含量越高，少子寿命 越低； 同单晶，多晶中BO复合体浓度集中在 1-8E10cm-3之间，对后续电池片开路电压 影响较小； 目前，我们对硅片中的FeB、BO的研究还处在初级阶段，主要分析其在硅片中 的分布情况及浓度水平，但是对于FeB、BO对少子寿命、转换效率以及光衰减有 怎样的关系，如何定量的去分析，这些还处在摸索阶段，也是我们下一步开展工 作的重点。 文献报道BO对硅片少子寿命和光衰减影响较大赵玉文 P型(掺硼)晶硅太阳 电池的光衰减机制和技术改进措施，BO的研究也越来越多，例如K. Peter 等研究PB 复合体的形成对BO复合体测试的影响，同时也指出了不同测试条件下对测试结果的