p型摻雜晶體硅的低溫液相外延生長(zhǎng)研究.pdf

1、晶體硅太陽(yáng)電池是現(xiàn)代光伏電力的主要支撐，其中以 p型硅為襯底的p型太陽(yáng)電池因其傳統(tǒng)材料與工藝優(yōu)勢(shì)占絕對(duì)主導(dǎo)地位。然而近年來(lái) n型晶體硅太陽(yáng)電池因其固有突出優(yōu)勢(shì)而逐受重視，成為未來(lái)晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)的發(fā)展方向。n型晶硅太陽(yáng)電池的技術(shù)障礙之一是p型摻雜制結(jié)困難。從Al-Si熔體向n型硅晶體襯底表面外延生長(zhǎng)Al摻雜的硅晶層是一個(gè)有潛在發(fā)展前景的低成本解決方案。該方法的原理實(shí)際已成功應(yīng)用于p型太陽(yáng)電池絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)制備Al背場(chǎng)，但用于制備pn結(jié)

2、則還存在連續(xù)均勻性問(wèn)題，而且鋁漿成本相對(duì)熔體生長(zhǎng)需要的鋁錠也要高得多。為此我們開(kāi)展了Al-Si合金熔體中（001）n型單晶硅襯底上低溫液相外延生長(zhǎng)p型摻雜硅實(shí)驗(yàn)研究，研究集中于（001）外延的原因是單晶硅太陽(yáng)電池所用均為（001）硅片。
　　我們?cè)O(shè)計(jì)制作了垂直升降浸漬法液相外延生長(zhǎng)裝置，生長(zhǎng)體系內(nèi)部用流動(dòng)高純氬保護(hù)。用垂直浸漬法進(jìn)行了過(guò)冷恒溫生長(zhǎng)與連續(xù)降溫生長(zhǎng)兩種模式的低溫液相外延生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，所考察的生長(zhǎng)條件包括襯底表面狀態(tài)、熔體成

3、分（決定液-固平衡溫度）、過(guò)冷度、生長(zhǎng)時(shí)間或降溫幅度、以及襯底預(yù)熱溫度等，對(duì)所得外延生長(zhǎng)晶體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌顯微分析，測(cè)定了所形成的pn結(jié)開(kāi)路電壓，并運(yùn)用計(jì)算模擬方法分析了影響pn結(jié)開(kāi)路電壓的因素。研究取得了以下主要結(jié)果。
　　在Al-Si熔體中能夠?qū)崿F(xiàn)硅晶體（001）液相外延生長(zhǎng)，但在各種襯底表面狀態(tài)下過(guò)冷恒溫外延生長(zhǎng)時(shí)都呈離散的島狀生長(zhǎng)形態(tài)，島的形狀為以四個(gè){111}面為表面的金字塔型或屋頂型，顯示它是生長(zhǎng)中表面能最小化選擇結(jié)

4、果。這種形態(tài)只有在這些島生長(zhǎng)到相互密切接觸時(shí)才合乎pn結(jié)的基本連續(xù)性要求，因此較高和均勻的形核密度應(yīng)是工藝優(yōu)化的方向。實(shí)驗(yàn)中各襯底表面狀態(tài)所能影響的是島的疏密和大小，較平整光滑的襯底表面有利于外延形核密度的提高及形核均勻化，襯底表面涂覆鋁助焊劑可促進(jìn)外延形核；熔體硅含量提升、過(guò)冷度減小和硅襯底預(yù)熱溫度提高有利于均勻密布島狀生長(zhǎng)的發(fā)生；隨外延生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，后期金字塔外形開(kāi)始逐漸平滑化。
　　連續(xù)降溫生長(zhǎng)方式下，可以實(shí)現(xiàn)襯底在略高于液

5、-固平衡溫度下回熔處理后再原位連續(xù)降溫外延生長(zhǎng)的方案。回熔處理實(shí)驗(yàn)顯示它可以獲得平滑清潔的表面?；厝厶幚砗蟮脑贿B續(xù)降溫生長(zhǎng)在初期可以獲得連續(xù)外延薄膜層，之后在其表面出現(xiàn)島狀形核生長(zhǎng)，與Stranski-Krastanov生長(zhǎng)模式相合。
　　連續(xù)降溫生長(zhǎng)所形成的pn結(jié)的開(kāi)路電壓比恒溫生長(zhǎng)的有大幅度提高，而且在初期就形成了質(zhì)量較高的連續(xù)均勻外延層，后續(xù)島狀形核生長(zhǎng)反而使開(kāi)路電壓明顯降低。提高降溫生長(zhǎng)速率會(huì)使所得pn開(kāi)路電壓降低，但該