抽象

太陽電池用途のためには、フィールドパッシベーション品質のフィールド内状態に対する安定性が重要である。 75℃での照射に対する異なる酸化アルミニウムベースの不動態化スキームの反発性を試験するための実験を行った。不動態化を活性化させる及び/又は接点焼成をシミュレートするための異なる熱処理が、光浸漬の前に実施された。実験は、p型およびn型ドーピングの両方の1Ωcmフロートゾーンシリコン上で行った。この研究は、良好なパッシベーション品質が、原子層堆積およびpecvdの両方によって達成され、窒化ケイ素キャッピング層の添加が熱安定性を大幅に向上させることを実証している。 p型ウェーハ上では、このようなキャッピング層の適用の最初の数時間の間に、ウエハのバルクの電気的品質の厳しいが一時的な劣化が観察された。この効果の他に、有効型寿命の妥当な時間的安定性がp型試料について観察された一方で、n型試料は優れた長期安定性を特徴とした。

キーワード：フロートゾーンシリコン、酸化アルミニウムパッシベーション、安定性、軽い浸漬

1.紹介

工業的に実現可能な太陽電池の概念の効率の最近の改善は、

材料のバルク品質の改善、および表面における再結合損失の低減をもたらす。これはサポートされました

酸化アルミニウムをベースとしたパッシベーション法の出現

パッシベーション特性。酸化アルミニウム層の良好なパッシベーション品質は文献で十分に確立されており、

多数の研究によって示されている。 [1]およびその中の参考文献。安定性に関する研究

パッシベーション方式は、通常、1つのシステムおよび/または暗い貯蔵、照明または湿度などの1つのストレス要因に焦点を合わせる

熱試験条件[2-4]。これまでの知見を一般化するために、私たちは複数の

太陽電池モジュールの動作時に発生するストレス要因の組み合わせでの異なるスキーム：

上昇した温度。

命名法

p-aldによって堆積された化学量論的酸化アルミニウム層

pecvdによって堆積された酸化アルミニウム層

fzフロートゾーン

レドイド光および高温誘起分解

p-aldプラズマ活性化原子層堆積

プラズマ強化化学気相蒸着

pliフォトルミネセンスイメージング

rtp急速熱処理

srv表面再結合速度

2.実験

2.1。全ての実験は、4インチのフロートゾーン（fz）シリコンウェハ上で行った。ウェットケミカルクリーニングの後、グラントらが示唆しているように、ウェーハのバルク品質を安定させるために1050℃での酸化処理を行った。 [5]。得られた酸化ケイ素層を続いてエッチング除去した。熱処理が実験に影響を及ぼしたかどうかを実証するために、参照試料群はそれに供されなかった。調査した厚さ20または30nmの酸化アルミニウム層を、230℃のプラズマ活性化原子層堆積（p-ald）または300℃のプラズマ強化化学気相堆積（pecvd）のいずれかによって、両方のウェーハ側に堆積させた。産業環境における酸化アルミニウム層の一般的な適用は、さらなる誘電体層によって覆われた薄層である。これらの層は、通常、光学的改善または単純化された構造化などの追加機能を提供する。窒化物の堆積された窒化シリコンa-sinxの層はまた、熱処理に対する酸化アルミニウムパッシベーション層の安定性に有益であることが示された。 [6,7]。したがって、試料群の一部について、100nmのa-sinx（屈折率2）を酸化アルミニウム層の上に堆積させた。堆積後、パッシベーション層は、太陽電池処理における潜在的な処理に似た様々な熱処理によって活性化された。試料は、425℃のフォーミングガス、450℃のホットプレート上の周囲空気、または650〜900℃の急速熱処理（rtp）炉内の窒素雰囲気中でアニールされた。後者のプロセスの実際のサンプル温度に関する不確実性は、熱電対測定値からtset±15kの範囲内にあると推定される。

広範囲の不動態化スキームおよび熱プロセスの組合せをこの研究で調査した。調査されたバリエーションの概要を図4に示す。 1。

2.2。対称寿命サンプル上の実効少数電荷キャリア寿命τeffの試験条件および特性測定は、ウエハバルク内および表面パッシベーションに対する界面における再結合の尺度を提供する。 Sinton Instruments wct-120寿命テスターを使用して、直径4cmの領域のτeffを測定しました。

サンプル。寿命は両方のドーピングタイプについて5×10 15 cm -3の固定少数電荷キャリア密度で評価した。

これにより、ウエハ内での再結合活性や表面パッシベーションの変化を容易に解決することができる

ウエハ中心部での注入レベルと測定は、ハンドリングダメージの影響を最小限に抑えます。

上昇した温度での照明に対する研究された不動態化スキームの安定性は、1太陽

75°Cで同等のハロゲンランプ照明。寿命測定をex-situで行った。すなわち、サンプルは

温度制御された試料台から取り出される。

強烈な照明下でのフィールド内モジュール動作では、75℃の範囲の温度が発生する可能性があります。そのような

条件は明らかに継続的に適用されない。しかし、我々はこれらの条件が加速し、

可能性のある劣化の影響 - 実際には適用されないエフェクトは発生しないことを望みます。それ

使用されたハロゲンランプ照明は、太陽光よりも紫外波長のほうが小さいことが特筆されるべきである

スペクトラム。他方では、スペクトルのこの部分は、従来のモジュールガラスおよび太陽電池でしばしば吸収される

封入材料。

3.結果

3.1。パッシベーション品質

図2に導入された試料群の最高測定τeff値の概要。図1に示されている。 2.

サンプル上で測定されたτeffは、異なる不動態化スキームおよび熱プロセスが

異なるパッシベーション品質。我々は、酸化アルミニウムの両方の堆積技術が優れた

a-sinxキャッピング層が上に堆積されるときの不動態化。調査されたグループ1および2のサンプルは、τeff

リッチャー等による内在限界のパラメータ化に近い値。 [8]。一部のn型サンプルは

優れたパッシベーション性能を示しています。 p型サンプルのいくつかはわずかである

湿式化学処理中に導入された鉄汚染の影響を受け、これは

一生。鉄が誘起する効果の他に、τeffの改善が照射時のいくつかの試料で観察される

75℃において、経時的な界面パラメータの改善を示している。試験を受けなかったサンプル

1050℃の酸化ステップ（グループ3）は、後の同じ表面パッシベーションを特徴とするサンプルよりも低いτeffを示す

熱前処理。 a-sinxキャッピング層を備えていないサンプル（グループ4）は、より低い寿命をもたらす

そのような層の有用性を実証しています。

3.2。 p型fzシリコンにおけるバルク欠陥の活性化。

グループ1~3（すなわち、キャッピング層を特徴とする）からのいくつかのp型サンプルが、分解を示すことが観察される

最初の数時間で75℃での照射時のτeffの回復が続いた。同様の効果が

sperberら。 [9]、例を図11に示す。 3.焼成温度によっては、一時的に

劣化が深刻である。高温で焼成された試料は、30μsという低い注入寿命を有する

中程度の温度で発射された試料はわずかな分解しか示さない。特徴的なパターン

フォトルミネセンスイメージングに見られ、室温再パッシベーション処理により、最終的に

ウエハバルクにおける再結合活性欠陥によって引き起こされる効果。徹底的な調査と議論

その効果は参考文献に見出すことができる。

3.3。長期安定性

グループ1とグループ2のサンプルで測定されたτeffの時間的進展を図4に示す。 3.n型

サンプルは実験を通して優れた安定性を示します。 p型サンプルの進行は、

最初の10〜20時間で3.2節（および参考文献[10]）で議論されたバルク欠陥によって支配されていた。その後、

寿命は1000時間高いレベルで安定し、それに続いてわずかに劣化する。によって不活性化されたサンプル

裸の酸化アルミニウム層（群4）は、測定されたτeffの僅かではあるが安定した劣化を示した（図示せず）。

しかし、pIイメージングは​​、サンプルの処理に関連する表面損傷に由来する分解を明らかにした

薄い層。全生涯レベルがより低いため、キャップされたp型サンプルで観察された効果を除外することはできない

裸の酸化アルミニウム層上に現れる。すべてのサンプルグループの測定された進行と詳細

議論は参考文献に記載されている。

結論

我々は、1Ωcmのp型およびn型のfzシリコンウェーハ上に堆積された様々な酸化アルミニウム系パッシベーション法を用いて実験を行った。それらは、得られた不動態化品質および高温での照明に対する安定性を研究するために、異なる熱活性化処理を受けた。測定された有効寿命は、酸化アルミニウム層が非常に良好な不動態化品質を提供できることを示している。いくつかのn型サンプルの測定寿命は、リッチャー（Richter）らによって与えられた内因性再結合の現在のパラメータ化を体系的に超えている。 [8]。これは優れたパッシベーション品質を示し、パラメータ化があまりにも控え目であることを示唆している。

安定性試験は、数千時間にわたって75℃で1日の等価強度を有するハロゲンランプ照明によって実施した。酸化アルミニウムによって不動態化され、a-sinxキャッピング層によって保護されたn型サンプルの優れた安定性が観察された。同様に処理されたp型サンプルは、バルクライフタイムの有意ではあるが一時的な劣化と、1000時間を超える照明期間のわずかな劣化を特徴とした。実験条件（すなわち、主として一定の高温）は、場内適用と比較して、効果の著しい促進をもたらす。したがって、結果は数年間のフィールド内での適用をシミュレートし、したがって観測された劣化はモジュール動作にとって非常に有害であるとは考えられない。しかし、そのような条件のもとで行われた研究の解釈のためには、その効果が留意されるべきである。安定化された欠陥状態の安定性または安定性の研究。

調査されたパッシベーション方式の長期的な安定性については、 [11]。この劣化は、ウェハバルクにおける欠陥の形成に関連しており、refの主な対象である。

謝辞

この仕事は、経済的な事務とエネルギーのためのドイツ連邦省の省庁と、契約の下での研究クラスターソーラーライフの業界パートナーによって支持されました。 0325763a。著者はコンテンツを担当しています。

ソース：sciencedirect

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