1.3 Электрофизические свойства мультикристаллического кремния

Мультикристаллический кремний может иметь сумму электрически

активных примесей не более той, которая обеспечивает КПД солнечного элемента ~15%. Для ФЭП такие концентрации элементов как бор, фосфор, алюминий в кремнии должны обеспечивать должны обеспечить удельное электрическое сопротивление ~ 0,4 Ом∙см, а также быть в соотношении, обеспечивающем либо p -, либо n - тип электропроводности. Также надо учитывать, что значительный уровень компенсации может приводить к повышению времени жизни неосновных носителей заряда, но снижению подвижности основных носителей зарядка.

Примеси и кристаллическая структура материала в своей совокупности и взаимосвязи должны обеспечивать объёмную диффузионную длину ННЗ l_нн ~100 мкм, сопоставимую с толщиной будущей полупроводниковой пластины для ФЭП. Если l_нн приближается к толщине ФЭП, то наличие изотипного (р⁺-р) перехода (ИП) на тыльной поверхности может способствовать возрастанию тока сведением к минимуму числа носителей, которые обычно рекомбинируют на омическом контакте. Если технологическое оборудование позволяет изготовить более тонкую пластину (без механического разрушения), то из формулы.2 видно, что требование к величине этого параметра, а также времени жизни ННЗ можно понизить.

, (2)

При малых размерах зерна (~ 1 мм) сказывается сильное влияние диффузии примесей по границам зёрен. МЗГ сами по себе могут существенным образом влиять на параметры ФЭП. Поэтому в технологии производства пластин mc-Si необходимо уменьшать их протяжённость, максимально увеличивая размер зёрен. При увеличении размера зерна эффективность собирания начинает определяться l_нн в объеме зерен, тогда как при более мелких зёрнах доминирует рекомбинация на МЗГ. В слитках кремния для солнечных элементов содержание примесей с глубокими уровнями в запрещённой зоне, по-разному влияющих на качество ФЭП, также допускается выше, чем в электронном кремнии.

Из сравнения типичных концентраций примесей в кремнии металлургического качества, кремнии солнечного качества и стандартного mc-Si, ныне используемом в производстве, приходим к двум фактам заслуживающих внимание. Во-первых, имеется огромное колебание сообщаемом содержании переходных металлов от одной технологии очистки к другой. Во-вторых, содержание металла в материалах кремния солнечного качества является более высоким, чем в mc-Si, ныне используемом в производстве. Кремний солнечного качества имеет в своём составе практически каждый металл группы Fe (3-го периода таблицы Менделеева) в концентрациях между 10¹³ и 10¹⁶ см^-3. Это поднимает вопрос - является ли чистота кремния солнечного качества обоснованной для изготовления ФЭП, которые могут конкурировать с ФЭП на основе кремния полупроводникового качества?

Из экспериментальных исследований солнечных элементов, изготовленных на монокристаллических пластинах из слитков, легированных в процессе выращивания методом Чохральского [21], сделан вывод о том, что металлы существенно влияют на эффективность ФЭП. Значения ПДК (предельно допустимая концентрация, порог деградации ФЭП) отдельных примесей в солнечном кремнии устанавливали на основании результатов исследования зависимости КПД солнечных элементов от концентрации примесей (рисунок.5). Cu является наименее вредной металлической примесью, в то время как более тяжёлые металлы (Ti, V) начинают вызывать деградацию ФЭП в концентрациях 10¹¹-10¹² см^-3.

Рисунок.8 Зависимость КПД солнечного элемента на основе Sc-Si от концентрации металлических примесей N_Ме [21].

При этом Cu повышает эффективность ФЭП, содержащих примесь Ti, а ПДК для Al, у которого только 10% концентрации обладает электрической активностью, составляет 10¹⁶ см^-3 [7]. Как и в случае sc-Si, нейтронно-активационный анализ mc-Si, используемого для производства ФЭП, показал содержание в них 10¹⁵ см^-3 Fe и 10¹²-10¹⁴ см^-3 других элементов его ряда.