物理提純硅磷吸雜及其太陽電池光衰減性能的研究.pdf

1、人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，以晶體硅太陽電池為主的世界太陽能光伏產(chǎn)業(yè)取得突飛猛進(jìn)式的發(fā)展。在本世紀(jì)伊始，太陽能級硅材料曾一度緊缺而成為束縛光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，硅材料市場價格因此暴漲，從2005年之前的每公斤50～60美元上漲至2008年的300～400美元以上，硅材料的緊缺局勢在最近兩年里隨著國內(nèi)外硅材料生產(chǎn)企業(yè)的紛紛投產(chǎn)才得以逐漸緩解。在太陽能級多晶硅不同生產(chǎn)工藝當(dāng)中，物理提純法(亦稱冶金法)由于其生產(chǎn)成本相對于西門子法比較低廉，約在20美

2、元/公斤以下，加之生產(chǎn)工藝簡單易行，被視為最有可能取代傳統(tǒng)改良西門子法生產(chǎn)太陽能級多晶硅的有效途徑。由于物理提純硅是從純度約為99％(2N)的冶金級硅通過冶金和物理提純工藝直接提純至5N而來，因而材料性能不及傳統(tǒng)改良西門子法生產(chǎn)的高純硅(＞7N)，制備出的太陽電池效率相對于高純硅太陽電池也較低。因此，在物理提純硅材料制備成電池之前對其進(jìn)行吸雜工藝研究以期提高電池的性能是尤為必要的。本論文主要針對物理提純晶體硅片進(jìn)行磷(P)吸雜工藝研究，

3、優(yōu)化吸雜工藝參數(shù)以期盡可能提高其少子壽命等電學(xué)性能，同時將吸雜硅片和原生硅片以同樣工藝制備成太陽電池以檢驗吸雜工藝的效果并進(jìn)行光衰減性能方面的研究。論文工作主要包括以下幾點：
　　 1.光伏產(chǎn)業(yè)及太陽能級硅材料綜述。簡要概述了當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況；太陽能級硅材料在近年來仍然是決定晶體硅電池生產(chǎn)成本的主要因素，本文對其生產(chǎn)與發(fā)展概況作了系統(tǒng)的概述，其中對太陽能級硅材料的一些主要生產(chǎn)方法，尤其是當(dāng)前研究得比較熱門的物理提純法，均作了

4、比較詳細(xì)的介紹。
　　 2.物理提純硅P吸雜工藝研究。通過調(diào)整吸雜溫度、吸雜時間和P源流量等參數(shù)對吸雜工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期盡可能最大限度地提高硅片少子壽命等電學(xué)性能。吸雜前后采用WT2000型少子壽命儀對硅片進(jìn)行少子壽命測試；為了定量地檢驗吸雜工藝的效果，研究過程中還采用了電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)對吸雜前后的硅片進(jìn)行了定量地測試和分析，同時將吸雜硅片和原生硅片以相同的工藝制備成太陽電池，以此與上述ICP-OES

5、測試結(jié)果結(jié)合起來共同檢驗和分析P吸雜的效果。
　　 3.研究影響物理提純硅片少子壽命的主要因素。晶體硅片中，特別是在多晶硅片中位錯密度的高低通常被認(rèn)為是決定硅材料少子壽命等電學(xué)性能的主要因素。針對物理提純硅片中高含量的雜質(zhì)和高密度的位錯等大量的微缺陷，對其在1100℃～1400℃范圍內(nèi)進(jìn)行高溫退火熱處理，研究硅片體內(nèi)位錯密度及少子壽命和電阻率等電學(xué)性能的變化情況。實驗中采用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察位錯密度變化情況，同時采用WT2

6、000型少子壽命儀和四探針測試儀對硅片的少子壽命和電阻率進(jìn)行測試。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過高溫退火后的硅片體內(nèi)位錯密度和少子壽命以及電阻率均隨著退火溫度的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢，這說明了對于高雜質(zhì)含量的物理提純硅片，位錯密度并不是決定其少子壽命的主要因素，決定其少子壽命變化的主要因素應(yīng)該是其中雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和分布及其在硅片內(nèi)部造成的大量微缺陷等。
　　 4.物理提純硅太陽電池光衰減性能研究。采用金鹵燈作為模擬太陽光源，每隔一定的時間(如

7、1 min，5 min，10 min等)對電池進(jìn)行I-V特性測試，從而描繪出電池的轉(zhuǎn)換效率η,開路電壓Voc、短路電流Isc、填充因子FF等主要性能參數(shù)的衰減變化曲線。同時對吸雜電池片和原生電池片光衰減變化情況作出相應(yīng)的比較和分析。結(jié)果表明：物理提純單晶硅片衰減幅度比較明顯，尤其是η、Voc、Isc、最大功率點功率(Pm)衰減幅度較大，特別是在光照的開始階段最大，隨后逐漸趨于平緩；串聯(lián)電阻(Rs)略呈增大趨勢，并聯(lián)電阻(Rsh)略呈降低