１ 实验过程
选取了一批德国拜耳公司所生产的 Ｐ 型铸造多 晶硅底部样品（ Ｃ Ｓ 和其他厂家所生长的 Ｐ Ｍ 一ｉ ） 型单 晶硅样品（Ｚ， Ｃ）使用四探针测试样品的原始电阻率， 使用 Ｍ Ｒ 测试样品的原始氧浓度和碳浓度。原始 数据如表 １ 所示：
表 １ 实验所用硅片中原始氧， 碳浓度和电阻率大小
样 品类型和编号
取 拉 硅， 代直 单晶 成为最主 太阳 池材料〔１ 要的 电 １０ ， ２
但是与直拉单晶硅太阳电池相比， 铸造多晶硅太阳 电池的转换效率较低。目前， 产业界中直拉单晶硅 太阳电池的转换效率一般在 １一 ６ ５ １％左右， 而铸造
多晶 硅太阳电池的 转换效率大约在 １一４ 究其 ３ １％。
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的 形成［， １ ７如表 所示。虽然目 １ 前对于热施主的形
成机理尚未清楚， 从而提出了很多种热施主模型， 但 是其中一点是大家所肯定的， 那就是硅中间隙氧的
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热处理时间／ ｈ
图 １ 各种原生晶体硅样品中热施主浓度
随热处理时间的变化曲线
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取其中一批样品（， ， Ｄ． Ｆ） Ａ， Ｇ， Ｅ＋ 在 Ｂ ， ， ， ，
６０ ５℃下退火 ０５， ． 以消除原生热施主。然后， ｈ 将这
万方数据
太
阳
能
学
报
２卷 ６
些样品和没有经预处理的样品（２ Ｂ， Ｄ， 预处理和未经过此预处理的各种样品中热施主浓度 Ａ ， Ｃ， Ｅ， ２ ２ ｚ ２ 我们可以 瓦） 同时进行４０ ５℃下的退火处理， 保护气氛为氮气。 随热处理时间的变化曲线。从这两个图， 每隔 １ 取样测试样品的电阻率， ０ ｈ 记录电阻率的变 发现原生热施主的存在不影响随后热施主形成规 律。所有样品中热施主的浓度都是先随着热处理的 化， 热施主浓度由热处理前后电阻率变化所对应载 时间而增加， 热处理 １ ｈ ３ 左右时到达最大值， ０ 尔后 流子浓度的差值。 随着热处理的继续进行而迅速降低。但是对于不同 ２ 结果和讨论 种类的样品， 其中氧沉淀最大生成量显著不同， 在含 碳量低， 无位错和晶界的单晶硅 Ｂ 和Ｂ 样品中， １ ２ 经 由于晶体生长过程中会生成热施主， 而这些热 １ｈ ３ 热处理所形成的热施主浓度最大， ０ 大约为 １１ ． 施主可以在 ６０ ５℃下热处理 ３ｍｎ ０ ｉ消除。表 ２ 显示 ｘ ｃ－。与此相对比的是相似单晶硅样品 Ｃ １６ ３ ０ ｍ １ ｌ 所使用硅片中原始热施主的浓度。从该表中可以发 ２ 其热施主的生成量则最小， 仅为 ６ ｘ 现， 在铸造多晶硅底部的样品中存在着高达 １ ｘ 和 Ｃ 样品中， ． ４ ０ ｃ－ １ ｍ 。这两种样品（ｌＢ）Ｃ，２由于含有不 Ｂ，２（ｌＣ） １５ ’ 原生热施主， ０ ｃ－ ＇ｍ 的 这不仅与高浓度的自 间隙 １４ ３ 同的原始氧浓度， 而所生成热施主量的显著不同， 这 氧有关， 还与铸造多晶硅长达 ４ｈ ０ 左右的晶体生长
原因， 主要在于铸造多晶硅中存在着高密度的缺陷
和高 浓度的 质， 界、 错、 碳等等［。 杂 如晶 位 氧、 ３ 虽然 ］
清洁的位错或晶界对材料的电学Байду номын сангаас能没有很大的影
响闭， 但是一旦缺陷和杂质相互作用就会显著影响
材料的电学性能， 所以研究铸造多晶硅中缺陷和杂 质的相互作用显得十分必要。 氧和碳是铸造多晶硅中两种非常重要的杂质元 素。关于这两种杂质在直拉单晶硅中性质的研究已 经有几十年的历史， 对它们及其复合体或沉淀相有 了比较深人地理解， 如热施主、 新施主、 氧沉淀、 碳氧
万方数据
４ 期
俞征峰等： 铸造多晶硅中热施主形成规律
列样品， 虽然初始氧浓度与 Ｅ Ｆ ， 系列样品中氧浓度 相近， 但是所形成的热施主较低。这表明， 碳会显著
抑制。
的形成规律， 得出以下结论： １原始氧浓度对热施主形成的影响最大； ）
综上所述， 可以发现， 原始氧浓度对热施主形成 规律的影响最大， 其次是碳和位错， 而晶界则几乎没 有影响， 而且氧和位错是促进热施主的形成， 碳则是 抑制作用， 其抑制作用甚至强于位错的促进作用。 当硅片在 ０ 一 ０℃热处理时， ３０ ５０ 过饱和的间隙 氧会相互聚集形成热施主以降低化学势。铸造多晶 硅硅锭长时间的生长过程， 同样也是硅锭的热处理 过程。对于铸造多晶硅底部， 一般会经历长达 ２ 多 ０ 个热处理退火， 这样就导致较高浓度的原生热施主
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热处理时间／ ｈ
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图 ２ 经 ６０ ５℃热处理 ３ｍｎ ０ ｉ后各种晶体硅样品 中热施主的浓度随热处理时间的变化
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第２卷 第４ ６ 期
２０ 年 ８ ０５ 月
阳 能 学 报
Ｅ Ｅ Ｇ Ａ Ｓ Ｌ Ｒ Ｓ Ｎ Ｃ Ｎ Ｒ Ｉ Ｅ Ａ Ｉ Ｓ Ｉ Ａ Ｏ Ｉ
Ｖ ｌ ６ Ｎ ． ｏ． ｏ４ ２ ， Ａ ｇ ０５ ，２０ ｕ．
文章编号： ２４ ０ ２０ ０５－ ％（ ５ ０ ０
铸造多晶硅中热施主形成规律
俞征峰，席珍强， 杨德仁，阀端麟
影响最大。实验还发现， ６０ ０５ 退火处理可以消除部分原生热施主，原生热施主对于随后的热施主的形 在 ５９ ． ０ ｈ
成规律没有明显影响。
关健词： 铸造多晶硅；氧； 热施主
中图分类号 Ｔ ５４ Ｋ１ 文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
最近， 铸造多晶硅以其较高的性价比已经成功
的变化， 从而揭示热施主的生成规律。
图１ 和图 ２ 分别是在 ４０ ５ ℃下经过 ６０Ｃ ｍｎ ５＇ ３ ｉ ０
其次， 对比样品（ ｌＢ ） Ａ ， ， Ｂ ， 和（ ｌＡ ）虽然在这 ２ ２ 两种晶体硅中含有非常相近的原始氧浓度 ， 但是在 铸造多晶硅中所形成热施主最大浓度低于直拉单晶 硅中热施主的最大生成量， 如图 １ 和图２ 。这表明： 位错， 晶界或碳都可能会抑制热施主的形成。但究 竟是位错， 晶界还是碳主要抑制了热施主的生成？ 我们又分别采用了４ 种不同的样品研究了其中的热 施主形成规律。样品（ｌＥ ） Ｆ， 中， Ｅ ， 和（ｌＦ） 虽然 Ｆ ２ ２ 系列的原始样品中含有晶界， 但是其中热施主生成 规律与 Ｅ系列样品中热施主形成规律相似， 如图 １ 和 ２这表明晶界对热施主的形成规律没有明显的 ， 影响。同时， 在这两种样品中所形成的热施主浓度 都明显高于 Ｃ系列样品中热施主的最大形成浓度， 这表明位错会促进热施主的形成。另外， 对于 Ｄ系
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复 合体等［。虽然， ５ １ 对铸造多晶硅中氧沉淀的形成 规律 一 做了 些研究［１ 很少 ６， ， 但是 人研究 ７ 铸造多晶 硅
中热施主的形成规律， 特别是晶界、 位错和碳对热施 本实验采用对比方法， 用四探针仪和傅立叶红 外仪（Ｍ ） Ｆ 研究铸造多晶硅中电阻率和氧、 碳浓度
２０
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表明原生氧浓度对热施主形成规律的影响最大。
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时间有关。
表２ 各种硅片中原生热施主的浓度
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