추상

태양 전지 응용에있어서, 계면 상태에 대한 인터페이스 패시베이션 품질의 안정성은 결정적이다. 우리는 75 ° C에서의 조명에 대한 다른 산화 알루미늄 기반 패시베이션 방식의 복원력을 테스트하기위한 실험을 수행했습니다. 패시베이션을 활성화시키고 및 / 또는 접촉 소성을 시뮬레이트하기위한 상이한 열처리가 가벼운 침지 전에 수행되었다. 실험은 p- 타입 도핑과 n- 타입 도핑 모두의 1 Ωcm 플로트 존 실리콘에서 수행되었다. 이 연구는 원자 층 증착과 PECVD 모두에 의해 우수한 패시베이션 품질이 달성 될 수 있으며, 실리콘 질화물 캡핑 층의 추가는 열적 안정성을 크게 향상 시킨다는 것을 입증 하였다. p- 타입 웨이퍼에서, 웨이퍼 벌크의 전기적 품질의 심각하지만 일시적인 저하는 그러한 캡 핑층의 적용시 첫 번째 시간 동안 관찰되었다. 이 효과 외에도 유효 수명의 합리적인 일시적인 안정성이 p 형 시료에서 관찰되는 반면 n 형 시료는 우수한 장기간 안정성을 특징으로했다.

키워드 : 부유 영역 실리콘, 산화 알루미늄 패시베이션, 안정성, 가벼운 담금질

1. 소개

산업적으로 실현 가능한 태양 전지 개념의 효율성에 대한 최근의 개선은

재료 벌크 품질의 개선 및 표면에서의 재조합 손실의 감소. 이것은 지원되었다.

좋은 결과로 산업 적용을위한 산화 알루미늄 기반 패시베이션 계획의 출현으로

패시베이션 특성. 알루미늄 산화물 층의 우수한 패시베이션 품질은 문헌 및

다양한 연구에 의해 입증 된 [1] 및 그 안의 참고 문헌. 안정성에 관한 연구

패시베이션 방식은 대개 하나의 시스템 및 / 또는 어두운 저장, 조명 또는 습기와 같은 하나의 응력 요인에 초점을 둡니다

열 테스트 조건 [2-4]. 이전 연구 결과를 일반화하기 위해 우리는 다중

광전지 모듈 작동시 발생하는 응력 인자 조합에서의 다른 방식 :

상승 된 온도.

명명법

p-ald에 의해 증착 된 al2o3 화학량 론적 산화 알루미늄 층

pecvd에 의해 증착 된 alox 알루미늄 산화물 층

fz float-zone

빛과 고온에서 유도 된 분해

p-ald 플라즈마 - 활성화 된 원자 층 증착

플라즈마 강화 화학 기상 증착

PLI 포토 루미 네 슨 이미징

rtp 급속 열처리

표면 재결합 속도

2. 실험

2.1. 샘플 준비 모든 실험은 4 인치 플로트 존 (fz) 실리콘 웨이퍼에서 수행되었습니다. 습식 화학 세정 후, grant 등이 제안한 것처럼, 웨이퍼 벌크 품질을 안정화시키기 위해 1050 ℃에서의 산화 처리가 수행되었다. [5]. 생성 된 실리콘 산화물 층은 후속 적으로 에칭 제거된다. 열처리가 실험에 영향을 주 었는지 여부를 입증하기 위해 기준 시료 군은 실험에 영향을 미치지 않았다. 조사 된 20 또는 30nm 두께의 산화 알루미늄 층은 230 ° C에서 플라즈마 활성화 원자 층 증착 (p-ald) 또는 300 ° C에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (pecvd)에 의해 웨이퍼 양면에 증착되었다. 산업 환경에서 알루미늄 산화물 층의 공통적 인 적용은 더 많은 유전체 층에 의해 캡핑 된 얇은 층이다. 이러한 레이어는 일반적으로 광학적 개선이나 단순화 된 구조화와 같은 추가 기능을 제공합니다. pecvd 증착 된 실리콘 질화물 a-sinx의 층은 열처리에 대한 알루미늄 산화물 패시베이션 층의 안정성에 유리한 것으로 나타났다. [6, 7]. 따라서 샘플 그룹의 일부에 대해 100 nm의 a-sinx (굴절률 2)가 알루미늄 산화물 층 위에 증착되었습니다. 증착 후, 패시베이션 층은 태양 전지 공정에서 잠재적 인 처리와 유사한 다양한 열처리에 의해 활성화되었다. 샘플은 425 ° C의 성형 가스, 450 ° C의 열판 위의 대기 중 또는 650-900 ° C의 급속 열처리 (rtp) 노에서 질소 분위기에서 어닐링되었다. 후자 공정에 대한 실제 시료 온도에 관한 불확실성은 열전쌍 측정으로부터 tset ± 15k의 범위에있는 것으로 추정된다.

광범위한 패시베이션 계획과 열처리 조합이 본 연구에서 조사되었다. 조사 된 변형의 개관은 Fig. 1.

2.2. 대칭 수명 샘플에 대한 유효 소수 전하 캐리어 수명 τeff의 테스트 조건 및 특성화 측정은 웨이퍼 벌크 및 표면 패시베이션과의 계면에서의 재조합에 대한 척도를 제공한다. sinton instruments wct-120 수명 테스터를 사용하여 직경 4cm의 영역에서 τeff를 측정했다.

견본. 모든 도핑 유형에 대해 5 x 1015 cm-3의 고정 된 소수 전하 캐리어 밀도에서 수명을 평가 하였다.

웨이퍼 내에서의 재결합 활성 및 표면 패시베이션 품질의 변화를 용이하게 해결할 수있다

웨이퍼 중심에서의 주입 수준 및 측정은 취급 손질의 영향을 최소화합니다.

상승 된 온도에서의 조명에 대한 연구 된 패시베이션 방식의 안정성은 1 태양

75 ° C에서 할로겐 램프 등가 조명. 수명 측정은 외부에서 (ex situ) 수행되었는데, 즉 샘플들은

온도 제어 된 샘플 단계에서 제거됩니다.

강렬한 조명 하에서 필드 내 모듈 작동에서 75 ° C의 온도가 발생할 수 있습니다. 이러한

조건은 분명히 계속 적용되지 않습니다. 그러나 우리는 이러한 조건이 가속화되고 강화 될 것으로 기대합니다.

가능한 저하 효과가 있지만 실제로는 실제 적용에서 발생하지 않는 효과는 발생하지 않습니다. 그것

사용 된 할로겐 램프 조명은 태양 광보다 자외선 파장의 작은 부분을 특징으로한다는 점에 유의해야합니다

스펙트럼. 반면에 스펙트럼의이 부분은 종종 기존 모듈 유리 및 태양 전지에 흡수됩니다

캡슐화 물질.

3. 결과

3.1. 패시베이션 품질

그림에 도입 된 샘플 그룹의 가장 잘 측정 된 τeff 값의 개요. 도 1에도 1에 도시되어있다. 2.

샘플에 대해 측정 된 τeff는 상이한 패시베이션 방식과 열처리로 인해

다른 패시베이션 품질. 우리는 알루미늄 산화물에 대한 두 증착 기술 모두 우수한

a-sinx 캡 핑층이 상부에 증착 될 때의 패시베이션. 조사 된 그룹 1과 2의 샘플은 τeff

richter et al.에 의한 내재 한계의 매개 변수화에 가까운 값. [8]. 일부 n 형 샘플은 심지어

탁월한 패시베이션 성능을 나타냅니다. 일부 p 형 샘플은 약간

습식 화학 공정 중에 도입 된 철 오염의 영향을 받아

일생. 철에 의해 유도 된 효과 외에도 조명시 일부 샘플에서 τeff의 향상이 관찰됩니다

75 ° C에서 시간 경과에 따른 계면 매개 변수의 개선을 나타냅니다. 시험을 거치지 않은 샘플

1050 ℃의 산화 단계 (그룹 3)는 동일한 표면 패시베이션을 특징으로하는 샘플보다 낮은 τeff를 나타낸다

열처리 전처리. a-sinx 캡핑 층을 갖지 않는 샘플 (그룹 4)은 더 낮은 수명을 가져온다

레벨, 이러한 레이어의 유용성을 보여줍니다.

3.2. p 형 fz 실리콘의 벌크 결함 활성화.

우리는 1 내지 3 군 (즉, 캡 핑층을 특징으로 함)의 몇몇 p 형 샘플이 분해를 나타낸다는 것을 관찰 하였다

처음 몇 시간 동안 75 ° C에서의 조명시 τeff의 회복이 뒤 따른다. 유사한 효과가

스 페버 (Sperber) 등. [9] 그리고 예제들은 Fig. 3. 점화 온도에 따라 임시

저하가 심하다. 고온에서 발화 된 샘플은 30μs의 낮은 주입 수명을

곡선은 최소이며, 적당한 온도에서 발사 된 샘플은 약간의 열화만을 나타낸다. 특징적인 패턴

포토 루미 네 슨 이미징 (photoluminescence imaging) 및 실온 재 - 패시베이션 처리에서 확인 됨

웨이퍼 벌크의 재결합 활성 결함에 의해 야기되는 효과. 철저한 조사와 토론

효과는 심판에서 찾을 수 있습니다.

3.3. 장기 안정성

그룹 1과 그룹 2의 샘플에서 측정 된 τeff의 시간적 전개를 그림 4에 나타내었다. 3. n 형

샘플은 실험 전반에 걸쳐 우수한 안정성을 특징으로합니다. p 형 샘플의 진행은

처음 10 시간에서 20 시간 동안 3.2 절 (그리고 참고 문헌 [10])에서 논의 된 벌크 결함에 의해 지배되었다. 나중에,

수명은 1000 시간 동안 높은 수준에서 안정적이며 약간의 성능 저하가 뒤 따른다. 에 의해 부동화 된 시료

노출 된 알루미늄 산화물 층 (그룹 4)은 측정 된 τeff의 미약하지만 일정한 저하를 나타냈다.

그러나, pl 이미징은 샘플의 표면 관련 손상을 다루는 샘플로부터 기인 한 품질 저하를 나타냈다.

얇은 층. 전반적인 수명 수준이 더 낮기 때문에, 우리는 캡핑 된 p- 타입 샘플에서 관찰 된 효과를 배제 할 수 없다

노출 된 알루미늄 산화물 층에서 발생한다. 모든 샘플 그룹의 측정 된 진행 및 상세한

토론은 심판에서 찾을 수 있습니다.

4. 결론

우리는 1 Ωcm p- 및 n-type fz 실리콘 웨이퍼에 증착 된 다양한 산화 알루미늄 기반 패시베이션 방식으로 실험을 수행했습니다. 고온에서의 조명에 대한 결과 인 패시베이션 품질 및 안정성을 연구하기 위해 다른 열 활성화 처리를 받았다. 측정 된 유효 수명은 알루미늄 산화물 층이 매우 우수한 부동 태화 품질을 제공 할 수 있음을 입증한다. 일부 n 형 샘플에서 측정 된 수명은 심지어 리터 (Richter) 등이 제시 한 고유 재조합의 현재 매개 변수를 체계적으로 초과합니다. [8]. 이는 탁월한 패시베이션 품질을 나타내며 너무 보수적 인 매개 변수화를 의미합니다.

안정성 테스트는 수천 시간 동안 75 ° C에서 1 태양 등가 강도의 할로겐 램프 조명으로 수행되었습니다. 산화 알루미늄에 의해 부동화되고 a-sinx 캡 핑층에 의해 보호되는 n 형 샘플의 우수한 안정성이 관찰되었다. 유사하게 처리 된 p 형 샘플은 중요하지만 일시적인 벌크 수명 저하 및 1000 시간을 초과하는 조명 지속 시간에 대한 약간의 저하를 특징으로한다. 실험 조건 (즉, 대부분 일정한 고온)은 필드 내 적용과 비교할 때 상당한 효과의 촉진을 가져온다. 따라서 결과는 몇 년 동안 현장 적용을 시뮬레이션하므로 관찰 된 성능 저하는 모듈 작동에 매우 해롭지 않을 것으로 예상됩니다. 그러나 그러한 조건 하에서 수행 된 연구의 해석을 위해 명심해야한다. 안정화 된 결함 상태의 안정성 또는 안정성에 관한 연구

조사 된 패시베이션 기법의 장기간 안정성에 대해서는 ref. [11]. 열화는 웨이퍼 벌크의 결함 형성과 관련되며 ref의 주된 주제이다.

인정

이 작품은 경제 문제와 에너지 bmwi에 대한 독일 연방 사역과 연구 클러스터 태양 광 내 산업 파트너에 의해 계약에 의해 지원되었다. 0325763a. 저자는 내용에 대한 책임이 있습니다.

출처 : sciencedirect

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