Абстрактные

для применения солнечных элементов, стабильность качества пассивации интерфейса в условиях полетов имеет решающее значение. мы провели эксперимент для проверки устойчивости различных схем пассивации на основе оксида алюминия к освещению при 75 ° c. различные термические обработки для активации пассивации и / или имитации контактного обжига были выполнены перед проглаживанием света. эксперимент проводился на кремниевом кремнии с плавающей зоной 1 Ом · см, как легирования p-, так и n-типа. исследование показывает, что хорошее качество пассивации может быть достигнуто как путем осаждения атомного слоя, так и за счет того, что добавление слоев усадки нитрида кремния значительно повышает термическую стабильность. на пластинах p-типа в течение первых часов после нанесения таких укупорочных слоев наблюдалась серьезная, но временная деградация электрического качества вафельного объема. помимо этого эффекта наблюдалась разумная временная стабильность эффективного времени жизни для образцов p-типа, в то время как образцы n-типа характеризовались отличной долговременной стабильностью.

ключевые слова: кремний с плавающей зоной, пассивация оксида алюминия, стабильность, легкое замачивание

1. Введение

недавние улучшения эффективности промышленно осуществимых концепций солнечных элементов были обусловлены

улучшение качества материала и уменьшение потерь рекомбинации на поверхностях. это было поддержано

благодаря появлению схем пассивации на основе оксида алюминия для промышленного применения благодаря их хорошему

свойства пассивации. хорошее качество пассивации слоев оксида алюминия хорошо установлено в литературе и

продемонстрировано множеством исследований, например. [1] и ссылки в нем. исследования устойчивости

схемы пассивации обычно фокусируются на одной системе и / или на одном из факторов стресса, таких как темное хранение, освещение или влажность

условия теплового тестирования [2-4]. для обобщения предыдущих результатов мы провели исследование, сравнивающее множественные

различные схемы при комбинации фактора напряжения, возникающие при работе фотоэлектрического модуля: освещение при

повышенная температура.

номенклатура

Al2O3 стехиометрические слои оксида алюминия, нанесенные p-ald

оксидные слои оксида алюминия, осажденные pecvd

fz float-zone

летящий свет и повышенная температура

p-ald плазменное напыление атомного слоя

химическое осаждение из паровой фазы

пластическая фотолюминесценция

rtp быстрая термическая обработка

скорость рекомбинации поверхности srv

2. эксперимент

2.1. подготовка образца все эксперименты проводились на четырехдюймовых пластинчатых (fz) кремниевых пластинах. после мокрой химической очистки была проведена окислительная обработка при 1050 ° С для стабилизации качества вафельного материала, как было предложено грантом и др. [5]. затем полученный слой оксида кремния вытравливали. чтобы продемонстрировать, повлияла ли термическая обработка на эксперимент, эталонная группа образцов не подвергалась этому воздействию. исследованные слои оксида алюминия толщиной 20 или 30 нм были нанесены на обе стороны пластины либо путем плазменного наложения атомного слоя (p-ald) при 230 ° c, либо с помощью плазменного химического осаждения из паровой фазы (pecvd) при 300 ° c. общее применение слоев оксида алюминия в промышленной среде - тонкие слои, покрытые дополнительными диэлектрическими слоями. эти слои обычно предоставляют дополнительные функции, такие как оптические улучшения или упрощенная структура. также показано, что слои осажденного нитрида кремния a-sinx полезны для стабильности слоев пассивации оксида алюминия для термической обработки, например, [6, 7]. поэтому для части групп образцов на поверхности слоев оксида алюминия осаждались 100 нм a-sinx (показатель преломления 2). после осаждения слои пассивации активировались различными термальными обработками, напоминающими потенциальные обработки при обработке солнечных элементов. образцы либо отжигались в формовочном газе при 425 ° С, в окружающем воздухе на конфорке при 450 ° С или в атмосфере азота в печи с быстрой термической обработкой (rtp) при температуре от 650 до 900 ° С. оценивается, что неопределенность относительно фактической температуры образца для последнего процесса находится в диапазоне tset ± 15 k от измерений термопары.

в исследовании был исследован широкий спектр схем пассивации и комбинаций тепловых процессов. обзор исследуемых изменений приведен на рис. 1.

2.2. условия испытаний и характеристики характеристик эффективного времени жизни носителей минорных зарядов τeff на симметричных образцах жизненного цикла обеспечивают меру рекомбинации в объеме пластины и на границах поверхности пассивации поверхности. для измерения тэффа в области диаметром 4 см использовался серебристый прибор wct-120 для измерения времени жизни вокруг середины

образец. времена жизни оценивались с плотностью носителей с фиксированным меньшим зарядом 5 × 1015 см-3 для обоих типов легирования.

активность рекомбинации в пластине и изменения качества пассивации поверхности могут быть легко решены при этом

уровень впрыска и измерение в центре пластины минимизируют влияние обработки повреждений.

устойчивость изученных схем пассивации к освещению при повышенной температуре выполнялась 1 солнцем

эквивалентное освещение галогенной лампы при 75 ° c. измерения времени жизни проводили ex situ, то есть образцы были

удалены с контролируемой температурой стадии образца.

температуры в диапазоне 75 ° c могут возникать при работе в полевом модуле при интенсивном освещении. такие

условия, очевидно, не применяются непрерывно. однако мы ожидаем, что эти условия будут ускоряться и усиливаться

возможные эффекты деградации, а, надеюсь, - никаких эффектов не срабатывает, что не произойдет в реальном приложении. Это

следует отметить, что используемая подсветка галогенной лампы показала меньшую долю длин волн ультрафиолетового излучения, чем солнечная

спектр. с другой стороны, эта часть спектра часто поглощается обычным стеклом модуля и солнечным элементом

инкапсулирующие материалы.

3. Результаты

3.1. качество пассивации

обзор наилучших измеренных значений τeff групп образцов, представленных на рис. 1 показаны на рис. 2.

измеренное значение τeff на образцах демонстрирует, что различные схемы пассивации и термические процессы приводят к

различное качество пассивации. мы видим, что обе методики осаждения оксида алюминия могут обеспечить превосходные

пассивация, когда верхний слой покрытий a-sinx осаждается. исследованные образцы групп 1 и 2 показывают τeff

значения, близкие к параметризации внутреннего предела по Richter et al. [8]. некоторые образцы n-типа даже превышают

параметризация, указывающая на выдающуюся производительность пассивации. некоторые из образцов p-типа немного

подверженных загрязнению железом, введенному во время влажно-химической обработки, что приводит к небольшому уменьшению

продолжительность жизни. помимо эффектов, вызванных железом, на некоторых образцах наблюдается улучшение τeff при освещении

при 75 ° c, что указывает на улучшение параметров интерфейса во времени. образцы, которые не подвергались

Стадия окисления 1050 ° С (группа 3) демонстрируют более низкое значение τeff, чем образцы с одинаковой пассивацией поверхности после

термическая предварительная обработка. образцы, которые не содержат a-sinx capping layer (группа 4), приводят к меньшему времени жизни

уровня, демонстрируя полезность таких слоев.

3.2. активация объемных дефектов в кремнии p-типа.

мы видим, что несколько образцов p-типа из групп 1-3 (то есть с укупоривающим слоем) показывают ухудшение

с последующим восстановлением τeff при освещении при 75 ° c в первые несколько часов. аналогичный эффект наблюдался

sperber et al. [9], а примеры показаны на рис. 3. в зависимости от температуры обжига, мы наблюдаем временную

деградация должна быть серьезной. образцы, прошедшие обжиг при высоких температурах, демонстрируют низкие времена жизни впрыска до 30 мкс в

минимума кривой, в то время как образцы, прошедшие обжиг при умеренных температурах, проявляют лишь незначительное ухудшение. характерная картина

наблюдается при фотолюминесцентной визуализации, и обработка репассивацией комнатной температуры убедительно демонстрирует

эффект, вызванный рекомбинационно-активными дефектами в вафельной массе. тщательное расследование и обсуждение

эффект можно найти в исх.

3.3. долгосрочная стабильность

временные эволюции τeff, измеренные на образцах из групп 1 и 2, показаны на рис. 3. n-тип

образцы обладают превосходной стабильностью на протяжении всего эксперимента. Прогресс образцов p-типа

преобладают объемные дефекты, рассмотренные в разделе 3.2 (и [10]) в первые десять-двадцать часов. после этого,

времена жизни стабильны на высоком уровне в течение 1000 часов, а затем небольшое ухудшение. пассивированные образцы

голые слои оксида алюминия (группа 4) показали небольшое, но устойчивое ухудшение измеренного значения τeff (не показано).

однако, pl-изображение показало, что деградация возникает из-за поверхностных повреждений, связанных с обработкой образца

тонкие слои. из-за более низкого общего уровня жизни мы не можем исключить эффект, наблюдаемый на закрытых образцах p-типа

чтобы происходить на голых слоях оксида алюминия. измеренные прогрессии всех групп образцов и подробный

обсуждение можно найти в исх.

4. Вывод

мы провели эксперимент с различными схемами пассивации на основе оксида алюминия, нанесенными на кремниевые пластины pz и n-типа на 1 Ом · см. они подвергались различным методам термической активации для изучения полученного качества пассивации и его устойчивости к освещению при повышенной температуре. измеренные эффективные времена жизни показывают, что слои оксида алюминия могут обеспечить очень хорошее качество пассивации. измеренные времена жизни на некоторых образцах n-типа даже систематически превышают текущую параметризацию внутренней рекомбинации, приведенную Richter et al. [8]. это указывает на отличное качество пассивации и предполагает, что параметризация слишком консервативна.

испытания на стабильность проводились при освещении галогенной лампой с одной интенсивностью солнечного эквивалента при 75 ° С в течение нескольких тысяч часов. Наблюдалась отличная стабильность образцов n-типа, пассивированных оксидом алюминия и защищенных a-sinx укупоривающим слоем. Образцы p-типа, обработанные одинаково, показали значительную, но временную деградацию объемного времени жизни и небольшое ухудшение продолжительности освещения, превышающее 1000 часов. условия эксперимента (т. е. в основном постоянная высокая температура) приводят к значительному ускорению эффектов по сравнению с применением в полевых условиях. поэтому результаты моделируют применение в полевых условиях в течение нескольких лет, и, следовательно, наблюдаемая деградация не будет очень вредной для работы модуля. однако следует учитывать эффект для интерпретации исследований, проводимых в таких условиях, например. исследования letid или стабильность состояния стабилизированного bo-дефекта.

долгосрочная стабильность исследуемых схем пассивации подробно обсуждается в работе. [11]. деградация связана с образованием дефектов в вафельной массе и является основным предметом ссылки.

подтверждени

эта работа была поддержана немецким федеральным министерством экономики и энергетики bmwi, а также отраслевыми партнерами в рамках исследовательской группы solarlife по контракту №. 0325763a. авторы несут ответственность за содержание.

Источник: ScienceDirect

Для получения более подробной информации, пожалуйста, посетите наш веб-сайт: http://www.semiconductorwafers.net ,

отправьте нам письмо по адресу angel.ye@powerwaywafer.com или powerwaymaterial@gmail.com ,