p型摻雜晶體硅的低溫液相外延生長研究.pdf

1、晶體硅太陽電池是現(xiàn)代光伏電力的主要支撐，其中以 p型硅為襯底的p型太陽電池因其傳統(tǒng)材料與工藝優(yōu)勢占絕對主導地位。然而近年來 n型晶體硅太陽電池因其固有突出優(yōu)勢而逐受重視，成為未來晶硅太陽電池技術(shù)的發(fā)展方向。n型晶硅太陽電池的技術(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Al摻雜的硅晶層是一個有潛在發(fā)展前景的低成本解決方案。該方法的原理實際已成功應用于p型太陽電池絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)制備Al背場，但用于制備pn結(jié)

2、則還存在連續(xù)均勻性問題，而且鋁漿成本相對熔體生長需要的鋁錠也要高得多。為此我們開展了Al-Si合金熔體中（001）n型單晶硅襯底上低溫液相外延生長p型摻雜硅實驗研究，研究集中于（001）外延的原因是單晶硅太陽電池所用均為（001）硅片。
　　我們設計制作了垂直升降浸漬法液相外延生長裝置，生長體系內(nèi)部用流動高純氬保護。用垂直浸漬法進行了過冷恒溫生長與連續(xù)降溫生長兩種模式的低溫液相外延生長實驗，所考察的生長條件包括襯底表面狀態(tài)、熔體成

3、分（決定液-固平衡溫度）、過冷度、生長時間或降溫幅度、以及襯底預熱溫度等，對所得外延生長晶體進行了結(jié)構(gòu)和形貌顯微分析，測定了所形成的pn結(jié)開路電壓，并運用計算模擬方法分析了影響pn結(jié)開路電壓的因素。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，但在各種襯底表面狀態(tài)下過冷恒溫外延生長時都呈離散的島狀生長形態(tài)，島的形狀為以四個{111}面為表面的金字塔型或屋頂型，顯示它是生長中表面能最小化選擇結(jié)

4、果。這種形態(tài)只有在這些島生長到相互密切接觸時才合乎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是工藝優(yōu)化的方向。實驗中各襯底表面狀態(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外延形核；熔體硅含量提升、過冷度減小和硅襯底預熱溫度提高有利于均勻密布島狀生長的發(fā)生；隨外延生長時間延長，后期金字塔外形開始逐漸平滑化。
　　連續(xù)降溫生長方式下，可以實現(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)降溫外延生長的方案?；厝厶幚韺嶒烇@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，與Stranski-Krastanov生長模式相合。
　　連續(xù)降溫生長所形成的pn結(jié)的開路電壓比恒溫生長的有大幅度提高，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)島狀形核生長反而使開路電壓明顯降低。提高降溫生長速率會使所得pn開路電壓降低，但該