硅基半导体中微观缺陷和电子结构对材料光电性能的影响

摘要

本文用正电子湮没技术研究了正电子辐照、光照射以及低温热处理对单晶硅太阳电池的微观缺陷和输出特性的影响。采用电子陶瓷工艺，在不同的烧结温度下制备了多孔二氧化硅陶瓷，用正电子湮没寿命谱和多普勒展宽谱对其微观缺陷和结构进行研究。实验结果表明： (1)采用正电子湮没辐射作为光源时，太阳电池无电流和电压输出，正电子辐照前后太阳能电池样品的I-U特性曲线基本重合。正电子对样品的辐照损伤有限，不改变太阳能电池的伏安输出特性。 (2)单晶硅太阳电池的光电转换效率随光照时间的增加而呈总体下降的态势，且下降一定程度后转换效率基本不变。经历150℃和200℃热处理之后，效率衰减可以回复，在200℃下热处理回复程度更好。 (3)太阳电池样品在经历12小时的长时间灯光辐照过程中，转换效率逐渐下降，然后达到一个稳定的值。样品被灯光辐照后，其商谱的峰高下降，峰位对应的动量增大。在经历200℃左右热处理之后，效率衰减又可以回复。对应的商谱峰高上升，但仍低于原来的峰高，峰值对应的动量减小。 (4)辐照后电池样品中的硼氧复合体缺陷回复速率与热处理温度有关，热处理温度越高，缺陷回复的程度越高，缺陷中的氧含量越低。对应的商谱谱峰中，150℃热处理的太阳电池样品商谱峰的峰高较低，峰位对应的电子动量较高。200℃热处理的太阳电池样品商谱的峰高较高，峰位对应的电子动量较低。(5)氧原子中的2p电子动量高于硅原子的3p电子动量，因此，二氧化硅商谱在11.8×10-3m0c处有一个相对较高的峰值。 (6)原态二氧化硅微观缺陷较多，孔隙较大，因此其商谱峰值低于二氧化硅晶体的峰值。 (7)在低于1000℃下烧结的二氧化硅烧结体，其谱峰峰高随烧结温度的升高而逐渐下降，长寿命τ3的值随烧结温度的升高而上升。 (8)在1000℃、1150℃、1250℃下烧结的二氧化硅烧结体，其谱峰峰值随着烧结温度的升高而逐渐升高，寿命参数τ1、τ2和τ3的值随着烧结温度的升高而逐渐下降。 (9)在1250℃、1350℃、1500℃下烧结的二氧化硅烧结体发生了晶型转变，其谱峰峰值随着烧结温度的升高而逐渐降低，寿命参数τ1、τ2和τ3的值随着烧结温度的升高而逐渐升高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1太阳能电池的发展历程及现状

1.2晶体硅太阳电池材料中的缺陷和杂质

1.2.1直拉单晶硅中的位错

1.2.2直拉单晶硅中的氧

1.2.3直拉单晶硅中的碳杂质

1.2.4直拉单晶硅中的氢杂质

1.2.5直拉单晶硅中的金属杂质和沉淀

1.3单晶硅中光致衰减的研究现状

1.4 SiO2陶瓷的烧结

1.4.1陶瓷烧结的相关知识

1.4.2 SiO2体系相图

1.5研究方法、内容和意义

第二章正电子湮没技术原理

2.1概述

2.2正电子学的基本理论

2.2.1正电子及正电子湮没

2.2.2正电子湮没率和电子密度

2.3正电子实验方法

2.3.1正电子湮没寿命谱测量

2.3.2多普勒展宽能谱测量

第三章单晶硅太阳电池

3.1太阳能电池的原理

3.1.1 p-n结的能带结构

3.1.2光生伏特效应

3.2晶体硅太阳能电池

3.2.1晶体硅太阳能电池的结构

3.2.2晶体硅太阳能电池的等效电路

3.2.3晶体硅太阳电池的相关参数

3.3单晶硅太阳电池的制备

3.3.1高纯多晶硅的制备

3.3.2单晶硅的制备

3.3.3硅晶片的加工

3.3.4扩散制结

3.3.5氮化硅钝化与APCVD淀积TiO2减反射层

3.3.6丝网印刷正背面电极浆料，共烧形成金属接触

第四章单晶硅太阳电池效率与缺陷研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3实验过程及结果讨论

4.3.1单晶硅太阳电池输出特性测试

4.3.2单晶硅太阳电池正电子辐照测试

4.3.3单晶硅太阳电池灯光辐照测试

4.3.4热处理对单晶硅太阳电池转换效率的影响

4.3.5灯光辐照-热处理两步处理过程的正电子湮没多普勒展宽谱

4.4 小结

第五章多孔SiO2的正电子湮没研究

5.1引言

5.2实验过程

5.3结果与讨论

5.3.1正电子寿命谱研究

5.3.2符合正电子湮没辐射Doppler展宽谱测试

5.4小结

第六章总结

参考文献

致谢

硕士期间完成论文情况