CC BY
40
УДК 621.383.51
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕМНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
А. Н. Масюгин1 Научные руководители - К. Б. Фрицлер2, О. П. Пчеляков1'2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
2Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. академика Лаврентьева, 13
На различных этапах технологического процесса изготовления солнечных элементов проведены исследования изменения времени жизни неравновесных носителей заряда и, распределения структурных дефектов.
Ключевые слова: фотовольтаика, окислительные дефекты упаковки, солнечные элементы, кристаллография.
RESEARCH OF SILICON ELECTROPHYSICAL AND STRUCTURAL PROPERTIES AT DIFFERENT STAGES OF SOLAR CELLS MANUFACTURING
A. N. Masyugin1 Scientific supervisors - K. B. Fritzler2, O. P. Pchelyakov12
1 Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
2Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS 13, Аcademician Lavrentiev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Minority carrier lifetime variation and structural defects distribution was investigated at various stages of the silicon solar cell manufacturing.
Keywords: photovoltaics, oxidation stacking faults, solar cells, crystallography.
В настоящее время ведется постоянная работа по улучшению параметров кремниевых солнечных элементов (СЭ). Одной из важнейших характеристик, определяющих эффективность СЭ, является время жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) т. В процессе создания СЭ возможна генерация дефектов, существенным образом уменьшающих значения эффективного времени жизни ННЗ. Существует необходимость в детальном понимании процессов дефектообразования в кремнии и их влиянии на электрофизические параметры солнечных элементов.
В представленной работе исследовались солнечные элементы c обратными контактами на основе Si, выращенного методом бестигельной зонной плавки (БЗП) в кристаллографическом направлении [100]. На различных этапах технологического процесса осуществлялось измерение времени жизни неравновесных носителей заряда (т) бесконтактным СВЧ методом, проводилось исследование распределения структурных дефектов с помощью селективного травления и металлографии. Для наблюдения и изучения дефектов структуры образцов после химической обработки использовался оптический микроскоп Jenavert [1].
На рис. 1 представлены графики распределения т по диаметру тестовой пластины (перпендикулярно базовому срезу) после различных высокотемпературных последовательных операций окисления:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
1. Нанесения хлорного окисла толщиной й = 220 A при Т = 950 °С.
2. Нанесения влажного окисла й = 0,7 мкм при T = 1 000 °С.
3. Нанесения хлорного окисла толщиной й = 550 А и пиролитического 8Ю2 толщиной 1 500-1 200 А и последующего отжига при Т = 900 °С.
Рис. 1. Графики распределения ВЖ ННЗ по диаметру тестовой пластины кремния после различных высокотемпературных последовательных операций окисления
В результате проведенных металлографических исследований были обнаружены окислительные дефекты упаковки (ОДУ). На рисунках 2 и 3 приведены микрофотографии, характеризующие распределение данных дефектов, выявленных между первой и второй операциями окисления, указано положение исследуемых участков на поверхности пластины. Наблюдается корреляция величины времени жизни ННЗ с плотностью дефектов упаковки. Плотность ОДУ в области 1 составляет 105 см-2 при времени жизни ННЗ «300 мкс, и 106 см-2 при т « 50 мкс в области 2. После следующих этапов окисления плотность дефектов превысила 106 см-2, что привело к падению величины т до минимальных значений, соответствующих пределу чувствительности измерительного оборудования.
Рис. 2. Микрофотография поверхности Рис. 3. Микрофотография поверхности
тестовой пластины в области 1 тестовой пластины в области 2
после первой процедуры окисления после первой процедуры окисления
Рис. 4. Микрофотография поверхности исследуемой пластины с СЭ
Микрофотография поверхности одного из готовых СЭ после химической обработки в селективном травителе представлена на рис. 4. Видны ямки травления в виде коротких взаимно перпендикулярных полос, что характерно для окислительных дефектов упаковки на [100] пластинах кремния [2; 3].
Библиографические ссылки
1. Вайтузин О. П., Кузовников А. А. Изучение микроструктуры металлов методом компьютерной оптической микроскопии / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006. 99 с.
2. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии / пер. с англ. М. : Мир, 1984.
475 с.
3. Growth parameters on the defects formation in a grown silicon crystal / Young K. Kim, Tae S. Ha, J. K. Yoon // J. of materials science 33. 1998. 4627-4632 p.
© Масюгин А. Н., 2015
