铸造多晶硅中的缺陷

多晶硅中存在高密度的、种类繁多的缺陷，如晶界、位错、小角晶界、孪晶、亚晶界、空位、自间隙原子以及各种微缺陷等。特别是其中的位错和晶界两类最主要的缺陷通常被认为是限制铸造多晶硅材料太阳能电池转换效率的重要因素，如图4－21所示。

图4－21　铸造多晶硅中的位错和晶界扫描照片

1．晶界

通常认为，洁净的晶界不是电活性的，因此，洁净的晶界不是载流子的俘获中心，不影响多晶硅的电学性能。当金属或其他杂质偏聚在晶界上，晶界将具有电活性，会影响少数载流子的扩散长度，从而影响材料的光电转换效率。但也有人认为晶界本身存在着一系列的界面状态，有界面势垒，存在悬挂键，故晶界本身有电活性，而当杂质偏聚或沉淀于此时，它的电学活性会进一步增强，成为少数载流子的复合中心。但共同的看法都是杂质都很容易在晶界处偏聚或沉淀。同时研究还表明，当晶界垂直于器件的表面时，晶界对材料的电学性能几乎没有影响。铸造多晶硅生产厂家都努力使晶柱的生长方向垂直于生长界面，晶锭切割后，晶界的方向能垂直于硅片表面。

2．位错

位错是铸造多晶硅中一种重要的结构缺陷。在晶体生长过程中，由于热应力的作用，会在晶粒中产生大量的位错；另外各种沉淀的生成，由于晶格尺寸的不匹配，也会导致位错的产生。根据生长的方式和过程不同，铸造多晶硅的位错密度在103～108。鉴于热应力的不同情况，这些位错会位于不同的滑移面上，或者纠结成位错团，或者组成小角晶界。位错或位错团可以大幅降低少数载流子的扩散长度，这不仅由于位错本身的悬挂键具有很强的电活性，可以直接作为复合中心，而且由于金属杂质和氧碳等杂质在位错的偏聚，造成新的电活性中心，且电学性能不均匀。Martinuxzi等人建立了位错模型，借助于包含位错团的空间电荷区的有效复合速率的概念，计算了位错的复合强度。此外，他们还模拟计算了少子扩散长度对位错密度的依赖关系，取得了良好的效果，如图4－22所示。

图4－22　扩散长度随位错密度的变化情况