多晶硅与少子寿命分布共34页文档

世界上最纯的物质----硅

世界上最纯的物质：硅硅，是人类在世界上提得最纯的物质，目前人类能够得到的最纯的硅，纯度是99.99999999999999%，估计读者们数不过来，告诉您吧，是16个9。

但是，纯硅虽然也有半导体的性质，却是一种没有什么实际用处的半导体。

真正要制作能够使用的半导体器件，包括太阳能电池，就要在其中添加一些杂质，常见的是磷和硼。

也有镓、砷、铝和其它一些元素。

杂质的作用，总体上来说，是调节硅原子的能级，学过半导体或固体物理的人知道，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，最上面是导带，中间是禁带，下面是价带。

如果以火车为比喻的话，那么，导带是火车，价带是站台，禁带则是站台与火车之间的间隙。

如果所有的自由电子都在价带上，那么，这个固体就是绝缘体,这就好比人站在站台上，是到不了别处的；如果所有的自由电子都在导带上，那么这个固体就是导体，这就好象人上了火车，可以周游全国了。

半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。

硅就是这样一种半导体，但由于纯硅的导带和价带的距离过大（也称为禁带过宽，），这就好像是就是站台离火车太远，一般的人很难从站台跳到火车上去一样，通常只有很少量的电子能够被从价带激发到导带上，所以纯硅的半导体性质比较微弱，不能直接应用。

有用且必需的杂质为了解决这个问题，科学家们想出了添加杂质的方法，这些杂质在导带和禁带之间形成杂质能级，这些杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的，称为施主能级；要么距离价带很近（如硼），是接受电子的，称为受主能级。

这样，一些很小的激发就可以使硅具有导电的性质。

这就好比在车站和站台之间，加一些垫脚的石凳，离站台近的，就是受主能级，离火车近的，是施主能级。

能够提供施主能级或受主能级的杂质，分别称为施主杂质和受主杂质，这些，当然是有用的杂质。

少子寿命原理

少子寿命检测设备结构原理及维护要点少子寿命设备的应用对于太阳能工业而言，少子寿命是一个非常重要的指标，它表征了硅料内部缺陷的多少，当然也就直接指出了太阳能电池品质的好坏。

由于电池制造过程又是不可逆的，那么在电池工艺之前就了解其品质是极其重要的，少子寿命测量就为此提供了非常直观可靠的依据。

其应用也很广泛，多晶铸锭去头尾、单晶硅棒截头尾、硅片少子寿命测量等，无论是半导体还是太阳能领域，它都是必备的检测设备。

少子寿命设备构成既然是微波+脉冲激光，那必然就有微波模块、激光模块，对应的微波控制器和激光控制器，然后还有数据采集卡和接口电路。

而针对扫描式设备而言，就必然有电机、电机驱动电路和控制电路（电机卡）、导轨滑块、皮带齿轮、限位开关等等，整体构成了运动系统以支持设备带着测量头进行扫描操作。

少子寿命原理硅材料少数载流子的寿命检测，是一个综合过程，包含激发载流子、微波信号反馈、数据采集及处理、电机系统管理、软件操作等。

其基本原理是通过一定波长并具有一定功率的脉冲激光，照射到硅材料表面，由于光生伏特效应，硅料内部会产生大量少数载流子，这些载流子在激光撤掉后趋于消失，而这个过程需要一定的时间，我们将这段时间叫做少数载流子寿命，也叫做弛豫时间常数（见《半导体工艺》一书）。

那么如何测量少子寿命呢？那就用到了微波，一定波长的微波具有穿透绝缘体而被导体反射的特性，因此在激光照射硅材料及撤掉激光的这个过程中，硅材料从近似绝缘体变成了近似导体，再由近似导体变成了近似绝缘体，而照在其上的微波也由于硅料的这种变化，呈现出震荡，如图：由上图可见，受激光激发后载流子数量激增，因而反射回来的微波能量也响应增大，随着激光脉冲关闭，反射微波能量也随着降低，载流子数量趋于平衡态。

将这个振荡信号采集到电脑中，通过数据处理从而得到清晰、平滑的曲线，就是我们看到的少子寿命曲线了。

而扫描式少子寿命测试仪的每个扫描点，都是这样的一个曲线组成的，然后取平均值后，再用相应色标进行画点操作，形成如下图的图像：其中不同的颜色代表不同的数值，也就是不同的微波功率。

多晶硅与少子寿命分布

• 多晶硅照片
• 装料
硅锭
840X840X305
• 硅锭开方
多晶硅片
单晶硅片Leabharlann 硅片二．多晶硅生产简介
硅的卤化物的简介三氯氢硅氢还原的原理多晶硅生产工艺简介
1.
2.
3.
1. 硅的卤化物的简介

硅的氯化物主要介绍SiCl4、SiHCl3等，它们和碳的卤化物CF4和CCl4相似，都是四面体的非极性分子，共价化合物，溶沸点都比较低，挥发性也比较大，易于用蒸馏的方法提纯它们。在常温下，纯净的SiCl4、SiHCl3是无色透明的易挥发液体。 SiCl4:沸点为57.6℃，分子量170，液体密度1.47 g/cm3。 SiHCl3 :沸点为31.8℃，分子量135.45，液体密度1.32 g/cm3。

铸造多晶硅中位错的测定
铸造多晶硅中的沉淀和位错等缺陷都能在硅晶格中引入局部应力，影响材料的性能，可以利用SIRM（红外扫描仪）探测硅片体内的局部应力分布n 。通常，在SIRM图片中，应力斑点密度对应于缺陷密度，而斑点尺寸对应于沉淀尺寸。

SIRM（红外扫描仪）

当波长在1.1~1.3µm的红外激光典型波段经一个孔径大约为的透镜后聚集成一束细小的激光探针, 照射到硅片上, 由于硅对于此波段的激光是完全透明的, 激光就会穿透硅片被一个放置在合适位置上的探头所接受到, 激光信号再经收集, 放大, 储存到计算机里, 最终经相应的图象软件在计算机里成像。如果硅片中存在着缺陷或杂质, 这些缺陷或杂质会在硅片引入一定大小的局部应力, 从而导致硅片局部的不均匀, 使得激光经过该位置时产生散射, 从而导致探头所接受到的信号减弱, 在所生成图象的对应位置形成暗像。

少子寿命值对太阳电池生产的监控作用

少子寿命值对太阳电池生产的监控作用摘要：研究了太阳电池工艺过程中少子寿命值的变化，揭示了少子寿命值在太阳电池生产过程中的应用。

通过比较工艺前后少子寿命值的变化，可以优化生产工艺，提高电池转换效率，改善电池的性能。

经过工艺优化后，多晶硅太阳电池(非绒面)的平均转换效率达到14.75％。

关键词：少子寿命值；多晶硅；过程监控；太阳电池一前言以多晶硅为基体材料制备太阳电池可降低太阳电池的成本。

但是铸造多晶硅中一般存在高密度的缺陷和高浓度的杂质。

通常这些杂质原子本身或通过与结晶学缺陷相互作用，会成为少数载流子(少子)的复合中心，大大降低少子寿命，进而影响太阳电池的转换效率。

少子寿命是太阳电池设计及生产过程中的一个重要参数。

少子寿命反映了太阳电池表面和基体对光生载流子的复合程度，即反映了光生载流子的利用程度。

为了提高太阳电池的光电转换效率，必须尽可能提高少子寿命，增加少数载流子的扩散长度。

理论上，少子寿命越长，太阳电池的短路电流和开路电压越高，太阳电池的转换效率也相应地提高。

在太阳电池制作过程中，硅片要经过表面清洗去损伤层、扩散磷吸杂、PECVD沉积SiNx：H膜钝化、铝背场以及烧结等工艺，在这些工艺过程中，硅片要经过不同的高温处理，少子寿命也会随之发生变化。

为提高太阳电池的转换效率和控制工艺的稳定性，在工艺过程中增强少子寿命测试对生产过程的监控是非常重要和必要的。

通过少子寿命的监控，明确地知道每个工艺过程的质量情况，可以及时调整生产工艺，获得良好的工艺流程，从而达到控制生产过程的目的。

二材料与方法实验在本公司晶体硅太阳电池生产线上进行，采用工业标准太阳电池生产工艺流程(如图1)。

实验材料选用几个不同厂家生产的156mm×156mm铸造多晶硅，电阻率为0.5～3.0Ω·cm，厚度为200～220μm。

采用微波光电导衰减法测试少子寿命，测试设备为Semilab公司生产的WT一1000型少子寿命测试仪，激光波长为904nm，微波频率为10GHz。

硅的介绍

硅的介绍硅，是人类在世界上提得最纯的物质，目前人类能够得到的最纯的硅，纯度是99.99999999999999%，估计读者们数不过来，告诉您吧，是16个9。

但是，纯硅虽然也有半导体的性质，却是一种没有什么实际用处的半导体。

真正要制作能够使用的半导体器件，包括太阳能电池，就要在其中添加一些杂质，常见的是磷和硼。

也有镓、砷、铝和其它一些元素。

杂质的作用，总体上来说，是调节硅原子的能级，学过半导体或固体物理的人知道，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，最上面是导带，中间是禁带，下面是价带。

如果以火车为比喻的话，那么，导带是火车，价带是站台，禁带则是站台与火车之间的间隙。

如果所有的自由电子都在价带上，那么，这个固体就是绝缘体,这就好比人站在站台上，是到不了别处的；如果所有的自由电子都在导带上，那么这个固体就是导体，这就好象人上了火车，可以周游全国了。

半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。

硅就是这样一种半导体，但由于纯硅的导带和价带的距离过大（也称为禁带过宽，），这就好像是就是站台离火车太远，一般的人很难从站台跳到火车上去一样，通常只有很少量的电子能够被从价带激发到导带上，所以纯硅的半导体性质比较微弱，不能直接应用。

eV是电子伏特的英文缩写，1eV=1.6E-19J，等于一个电子在一伏电压加速时获得的能量。

电子伏（eV）是一个能量单位，电场中使电子电势升高1伏外力所做的功即为1电子伏。

这个功为电子电量（1.6E-19C)乘1V=1.6E-19J，即1eV=1.6E-19J（焦耳）（1.6E-19表示1.6乘以10的-19次方,有用且必需的杂质为了解决这个问题，科学家们想出了添加杂质的方法，这些杂质在导带和禁带之间形成杂质能级，这些杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的，称为施主能级；要么距离价带很近（如硼），是接受电子的，称为受主能级。

多晶硅与少子寿命分布

多晶硅与少子寿命分布（河南科技大学材料科学与工程系，洛阳 471000）摘要：铸造多晶硅目前已经成功取代直拉单晶硅而成为最主要的太阳能电池材料。

铸造多晶硅材料中高密度的杂质和结晶学缺陷(如晶界，位错，微缺陷等)是影响其太阳能电池转换效率的重要因素。

本文利用傅立叶红外分光光谱仪(FTIR) ，微波光电导衰减仪，红外扫描仪(SIRM)，以及光学显微镜(OpticalMicroscopy)等测试手段，对铸造多晶硅中的原生杂质及缺陷以及少子寿命的分布特征进行了系统的研究。

主要包括以下三个方面:间隙氧在铸造多晶硅锭中的分布规律;铸造多晶硅中杂质浓度的分布与材料少子寿命的关系;铸造多晶硅中缺陷的研究及其对少子寿命的影响。

关键词：铸造多晶硅；间隙氧；铁；位错；少子寿命1.引言1.1多晶硅的生产简介：硅，1823年发现，为世界上第二最丰富的元素——占地壳四分之一，砂石中含有大量的SiO2，也是玻璃和水泥的主要原料，纯硅则用在电子元件上，譬如启动人造卫星一切仪器的太阳能电池，便用得上它。

由于它的一些良好性能和丰富的资源，自一九五三年作为整流二极管元件问世以来，随着硅纯度的不断提高，目前已发展成为电子工业及太阳能产业中应用最广泛的材料。

多晶硅的最终用途主要是用于生产集成电路、分立器件和太阳能电池片的原料。

硅的物理性质：硅有晶态和无定形两种同素异形体，晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，具有半导体性质，晶态硅的熔点1416±4℃，沸点3145℃，密度2.33 g/cm3，莫氏硬度为7。

单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列为单一晶核，晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅，如果当这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。

一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上，大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。

多晶硅及硅片少子寿命的检测与分析

光源的脉冲光照射样品时，单晶体内产生的非平衡光生载流子使样品产生附加光电导，从而导致样品
流电场，以电容耦合代替欧姆接触，以检测试样上电流的变化代替检测样品上电压的变化。不光照时，由高频源产生等幅高频正弦电流，通过试样与取样电
经宽频放大器放大后输入到脉冲示波器，在示波器上可显示下图的指数衰减曲线，由曲线就可获得寿命值。高频光电导的基本原理如下图所示：
校准，将这些干扰因素降低到最低的限度。
２微波光电导检测方法与原理［２
阻Ｒ，在取样电阻两端产生高频电压。试样受光照时，产生附加光电导，流过试样到取样电阻Ｒ的高频电流幅值也相应增加。光照停止后，在小注入条件
下，附加光电导按指数规律衰减，高频电流幅值增加
部分指数规律衰减，取样电阻上形成的高频调幅信
影响、注入量的影响、光伏效应的影响、光源波长、电
△Ｖ＝ △Ｖ０ｅｉ
场、温度、杂质复合中心的影响、滤光的影响等。受这些干扰因素的影响，在检测的过程中需要作相应的
此调幅高频信号经检波器解调和高频滤波，再
冲电或闪光在半导体中激发出非平衡载流子，改变
半导体的体电阻，通过测量体电阻或两端电压的变化规律直接获得半导体材料的寿命。这类方法包括

晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法

１引言光生电子和空穴从一开始在半导体中产生直到消失的时间称为寿命。

当载流子连续产生时，在太阳能电池中，寿命的值决定了电子和空穴的稳定数量。

这些数目决定了器件产生的电压，因此它应该尽可能的高。

寿命的一个重要方面就是它直接与扩散长度Ｌｂ相关，Ｌｂ＝Ｄｂτｂ!，Ｄｂ是材料的扩散系数，τｂ是材料的体寿命，扩散长度就是这个平均载流子从产生的点到被收集点（ｐ－ｎ结）的平均距离。

由于晶体硅太阳电池性能主要决定于在电池体内和表面的电子－空穴复合，因此，在太阳能电池的研究内容中，最为重要的是准确地获得载流子复合参数的实验方法，测试体内的载流子寿命，表面复合速度等的大小。

在测试的少子寿命中，实际上是不同复合机制的综合结果，测试的少子寿命实际上是整个样品的有效寿命，它是发生在Ｓｉ片或者太阳能电池不同区域（体内、表面）的所有复合叠加的净结果，采用数学表达式能够将体内、表面各种复合机制对有效寿命的贡献分别呈现出来。

定义Ｓｉ片前后表面的复合速度为Ｓｆｒｏｎｔ，Ｓｂａｃｋ，Ｓｉ片的厚度为Ｗ，在认为载流子的浓度在整个片子中分布均匀的假设下，可以得到测试样品的有效寿命的表达式［１］：１τｅｆｆ－１τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ＝１τＳＲＨ＋Ｓｆｒｏｎｔ＋ＳｂａｃｋＷ（１）式中，τｅｆｆ为有效寿命，τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ为体硅材料的本征寿命，包含了俄歇和辐射复合寿命，τＳＲＨ是按照Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ模型［２］描述材料中的缺陷复合中心引起的少子复合寿命，它们是载流子注入大小的函数。

一般情况下，可以近似认为Ｓｆｒｏｎｔ，Ｓｂａｃｋ相同，因此在式（１）中的表面部分变为２ＳＷ。

为了得到材料的真实的体寿命值：τｂ（１τｂ＝１τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ＋１τＳＲＨ）第３３卷第６期２００７年１１月中国测试技术ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３３Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２００７晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法周春兰，王文静（中国科学院电工研究所，北京１０００８０）摘要：少数载流子寿命（简称少子寿命）是半导体晶体硅材料的一项重要参数，它对半导体器件的性能、晶体硅太阳能电池的光电转换效率都有重要的影响。