晶体硅中光衰减缺陷及其再生态的研究

发布时间：2017-06-25 10:18

  本文关键词：晶体硅中光衰减缺陷及其再生态的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太阳能光伏发电作为现代新兴发电方式之一,以其环境友好、可再生等特点备受各国政府的青睐。其中,晶体硅太阳电池由于具有稳定性好、效率高等特点,成为当前光伏市场的主流产品。然而商业p型晶体硅太阳电池片由于在光照条件下电池片体内会形成高复合活性中心的硼氧复合体从而导致太阳电池效率衰减,这一现象已严重限制了产业进一步发展。虽然光致效率衰减现象早在1973年就被科学家发现,但时至至今,科学家们仍然无法知晓其内在机理,因此,继续深入的研究硅材料中光致衰减现象的性质和机理具有非常重要的科学研究和实际应用意义。本文系统研究了晶体硅中的光衰减现象以及第三态回复的基本性质和热力学动力学行为,同时研究了锗掺杂及氢浓度对晶体硅中光衰减的抑制作用及其抑制机制,取得的主要创新结果如下：(1)普通p型硅片、硼磷补偿p型硅片及硼磷补偿n型硅片中都会发生光致效率衰减现象。普通p型硅片、硼磷补偿p型硅片由于空穴浓度过高,其在高温加热过程中不利于发生第三态回复过程,反而会形成退火过程和衰减过程的动态平衡,温度越高越利于退火过程。硼磷补偿n型硅片中存在第三态回复,生成激活能为0.64 eV,激活能与硼浓度无关。硼磷补偿n型硅片首次发现了再衰减过程,再衰减过程激活能为0.46 eV,样品在适当的温度和光照下可实现R-D循环。(2)硅片中掺锗可以有效地抑制硼氧复合体的生成速率,随着掺锗浓度的提高这种抑制效果越加的明显,当掺锗浓度达到1021 cm-3数量级时,掺锗硅片中的硼氧复合体将会完全的被抑制；掺锗可以有效地降低硼氧复合体的饱和浓度。随着掺锗浓度的增加,硼氧复合体的饱和浓度减少的越多,当掺锗浓度达到1021cm-3数量级时,光照下将完全无法形成硼氧复合体；掺锗可以有效地降低双氧的浓度。且与已有数据比较,随着掺锗浓度的增加,双氧浓度降低的数值也就越大,而在高掺锗的样品中双氧则无法形成。(3)硅片中掺氢可以有效地抑制硼氧复合体的生成速率,随着氢浓度的提高这种抑制效果越加的明显；掺氢会抑制硼氧复合体的消除。随着掺氢浓度的增加,硼氧复合体的消除速率越低。未掺氢的硅片中的硼氧复合体消除激活为1.19eV比掺氢硅片中的硼氧复合体消除激活1.32 eV小,这进一步证实了氢对硼氧复合体消除过程的抑制作用。
【关键词】：晶体硅 硼氧复合体 光致效率衰减 硼磷补偿 第三态回复 掺锗 氢含量
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TN304.12
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景与意义12-14
• 1.2 研究目的与内容14-16
• 第二章 文献综述16-50
• 2.1 引言16-17
• 2.2 太阳电池的原理及其制备17-23
• 2.2.1 太阳电池的工作原理17-21
• 2.2.2 太阳电池的制备过程21-23
• 2.3 晶体硅太阳电池的光致效率衰减现象23-37
• 2.3.1 光致衰减现象的起因-硼氧复合体24-28
• 2.3.2 硼氧复合体理论模型Ⅰ-B_iO_i28-29
• 2.3.3 硼氧复合体理论模型Ⅱ-B_sO_(2i)29-34
• 2.3.4 硼氧复合体理论模型Ⅲ-B_iO_(2i)34-37
• 2.4 硼氧复合体的第三态回复37-45
• 2.4.1 三态模型37-39
• 2.4.2 补偿度对第三态的影响39-41
• 2.4.3 氧浓度对第三态的影响41-42
• 2.4.4 热处理对第三态的影响42-44
• 2.4.5 抑制光衰减的途径44-45
• 2.5 常见杂质原子在硅中的性质及行为45-48
• 2.5.1 氧原子45-47
• 2.5.2 硅的同族杂质Ge和Sn47-48
• 2.6 目前存在的一些问题48-50
• 第三章 实验样品与研究方法50-56
• 3.1 实验样品50-51
• 3.1.1 直拉硅单晶的生长50
• 3.1.2 样品制备50-51
• 3.2 研究方法及测试设备51-56
• 3.2.1 微波光电导衰减仪(MW-PCD)51-52
• 3.2.2 准稳态光电导仪(QSSPC)52-53
• 3.2.3 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)53-56
• 第四章 晶体硅中的光衰减及第三态回复56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 实验57-59
• 4.2.1 样品制备57
• 4.2.2 样品中硼、磷及氧浓度的测量57-58
• 4.2.3 样品中氧浓度的测量58
• 4.2.4 晶体硅载流子寿命的测量58
• 4.2.5 光衰减测试58-59
• 4.2.6 第三态回复测试59
• 4.3 光衰减的研究59-60
• 4.4 第三态回复测试60-64
• 4.5 第三态到第二态的转变64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 掺锗浓度对直拉单晶硅中硼氧复合体的影响68-76
• 5.1 引言68
• 5.2 实验68-70
• 5.2.1 样品制备68-69
• 5.2.2 样品中硼、氧浓度及双氧浓度的测量69
• 5.2.3 样品中锗浓度的测量69
• 5.2.4 晶体硅载流子寿命的测量69
• 5.2.5 光衰减测试69-70
• 5.3 掺锗浓度对硼氧复合体生成过程的影响70
• 5.4 掺锗浓度对硼氧复合体饱和浓度影响的研究70-72
• 5.5 掺锗浓度对双氧浓度的研究72-74
• 5.6 高掺锗硅片光照下的反常行为74
• 5.7 本章小结74-76
• 第六章 氢浓度对硼氧复合体生成和消除的影响76-84
• 6.1 引言76
• 6.2 实验76-78
• 6.2.1 样品制备76-77
• 6.2.2 热处理77
• 6.2.3 样品中锗浓度和少子寿命的测量77
• 6.2.4 光衰减测试77-78
• 6.3 氢浓度对光衰减过程的影响78-79
• 6.4 氢浓度对硼氧复合体消除过程的影响79-83
• 6.5 本章小结83-84
• 第七章 总结84-86
• 7.1 结论84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-94
• 致谢94-96
• 个人简介96-98
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果98

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