八十年代中期发展起来的铸造多晶硅材料(casting multicrystalline silicon,简称mc-Si),是目前最广泛使用的太阳电池材料。但是与直拉单晶硅太阳电池相比,mc-Si太阳电池的转换效率要低1.5-2%,其中高密度的结构缺陷(晶界、位错等)和高浓度的过渡族金属杂质沾污,是影响mc-Si太阳电池转换效率的重要因素。了解mc-Si材料中上述缺陷和杂质的性质,以便在生产工艺中采用合适的吸杂和钝化工艺,提高mc-Si材料的性能。另一方面,在mc-Si材料中,金属杂质与晶界相互作用的规律,到目前为止,国际上还缺少系统的理论研究。 本文利用EBIC(Electron-beam-induced current,电子束诱生电流)技术,并结合EBSD(Electron back-scattered diffraction,电子束背反射衍射),TEM(Transmission electron microscope,透射电镜),SPV(Surface photovoltage,表面光电压)等技术,对mc-Si中晶界的结构类型和电学复合特性进行了系统的研究。主要包括以下三方面内容:原生mc-Si中晶界的结构类型和复合特性:不同金属杂质(Fe,Cu和Ni)沾污对各类晶界复合特性的影响;H对不同沾污程度的mc-Si的钝化效果对比。取得如下主要创新结果: 在原生mc-Si材料中,凝固位置对mc-Si材料的少数载流子扩散长度和晶界复合强度有着明显的影响,SPV分析显示晶锭中部的少数载流子扩散长度远远高于顶部(最后凝固位置)和底部(最先凝固位置)的,这一现象主要是由于金属杂质Fe在晶锭不同凝固位置的浓度差异所导致的。EBSD分析mc-Si中晶界类型发现,mc-Si中90%以上的晶界是大角度晶界。各类晶界在所占比例上存在下面的关系式∑3>R(普通晶界)>SA(小角度晶界)>∑9>∑27>其他∑晶界。我们系统地研究了原生mc-Si中不同类型的晶界的电学复合特性,EBIC研究发现,在未引入金属杂质沾污条件下,所有类型的晶界在室温300K下没有电学活性:在100K下,大角度晶界的复合能力仍较弱,而小角度晶界上呈现强复合特性。小角度晶界的这种强复合特性可能是由于其特殊的晶界位错结构所导致的。 本文系统地研究了金属杂质Fe对mc-Si中不同类型晶界复合特性的影响作用。EBIC研究发现,各类晶界在室温复合强度上呈现明显的强弱关系:SA>R>高∑>低∑晶界。晶界的EBIC衬度随着Fe沾污程度的增强而增强。值得指出的是,与大角度晶界相比,在微弱金属杂质沾污条件下,小角度晶界在室温300K下的复合强度就会大大增强,我们认为小角度品界是mc-Si中潜在的强复合中心。小角度晶界对金属杂质的极度敏感性,使其很有可能成为影响mc-Si太阳电池性能的致命性电活性缺陷。研究还发现不同晶面指数的∑3对于