Влияние содержания примесей в кремнии на эффективность СЭ

Электрически активные и неактивные примеси оказывают сильное влияние на электрофизические характеристики кремния и параметры солнечных элементов. Они приводят к изменению времени жизни, коэффициентов поглощения, увеличению скорости поверхностной и объёмной рекомбинации, изменению скорости диффузии элементов при легировании. Наличие примесей изменяет удельное сопротивление кремния и областей готового прибора. Однако изменение сопротивления не всегда однозначно связано с концентрацией примесей, так как возможна компенсация их действия.

Для особо чистого (ОСЧ-5) SiO₂, применяемого для получения кремния высокой чистоты, лимитируется наличие десяти электрически активных примесей, общее содержание которых не должно превышать 10^-5% (по массе). К таким примесям относят Al, B, Fe, Ca, Mg, Na, P, Ti, Sn, Pb. Технический кремний (после восстановления SiO₂ в печи с углеродом) содержит 98-99 % Si. Быстро диффундирующие примеси тяжелых металлов (Fe, Cu, Au, Cr , Zn и др.) и Al при кристаллизации Si по методу Чохральского и при бестигельной зонной плавке оттесняются из твёрдой фазы растущего кристалла в жидкую зону и при многократной зонной переплавке их концентрация не превышает 5∙10¹¹ см^-3.

Так как давление насыщенных паров фосфора при фиксированной температуре выше, чем у кремния, то удаление фосфора можно осуществить при высокотемпературном рафинировании жидкого кремния в вакууме. Для удаления бора предлагается окисление его в расплаве кремния в плазме аргона с добавками паров воды. При диссоциации паров воды активный кислород окисляет бор с образованием летучего соединения. Норма содержания бора – не более 0,1 – 0,3 ppm.

Одна из наиболее вредных фоновых примесей в кремнии - углерод. Его содержание не должно превышать 5∙10¹⁶ – 5∙10¹⁷ см^-3. Содержание кислорода не должно превышать 5∙10¹⁷ – 2∙10¹⁸ , азота – 10¹² см^-3.

В качестве ориентира можно использовать приводимую на рисунке 1.1 зависимость удельного сопротивления Si от концентрации донорной или акцепторной примесей.

Концентрация примесных атомов, см^-3

Рисунок 1.1 – Зависимость удельного сопротивления Si от концентрации примеси.