物理冶金法晶体硅太阳电池光衰减现象的研究

经过努力用物理冶金法提纯工业硅，可获得纯度达到6N左右的晶体硅（提纯的冶金硅，UMG-Si），成本仅在$10/kg左右；将其制备太阳电池的光电转换效率可达到14% 以上，是目前降低晶体硅太阳电池成本的最有效的途径之一。但是同时发现UMG-Si太阳电池的性能有严重的光致衰减现象，大大影响了它的推广和应用。本项目将对UMG-Si材料微量杂质和缺陷的含量、能级和光电热行为进行综合测量分析，总结UMG-Si太阳电池性能光致衰减（LID）的规律；通过对不同提纯工艺和热处理所制备样品LID规律的对比、分析，探索UMG-Si太阳电池LID现象的物理机理和产生的原因；进而提出防止和克服UMG-Si太阳电池产生LID的有效途径，并应用于物理冶金法提纯工艺和UMG-Si太阳电池制备的生产中，希望能够解决UMG-Si太阳电池的LID问题，进而使它走向市场。

一、进度：. 按计划三年分别研究：B-O 对和Fe-B对、补偿和残留杂质对UMG-Si（冶金法太阳能级多晶硅）材料及其太阳电池光电性能光致衰减（LID）的影响，总结冶金法和化学法两类材料及其电池LID规律和机理的异同，提出防止和克服LID 现象的具体措施并和企业合作加以验证和应用。.二、.财务：.总到位经费45万元，结余：5.05万元，占11.24%。因厦大985计划购买了少子寿命测试仪，不必按原计划自己装修仪器，结余了经费，将其购买原材料和样品。总开支基本合理。.三、.主要成果：.（1）验证了UMG-Si晶硅太阳电池的光衰减（LID）的基本规律和化学法晶体硅太阳电池一致；其原因也基本一样，与材料总含有超标的B-O对、Fe-B对、Cu等三种过量的光敏杂质缺陷有关。.（2）UMG-Si晶体硅太阳电池LID是和“净B- O对”缺陷有关，而不是和“总B-O对”相关。.（3）适当的补偿不但可显著降低LID，而且可提高电阻率、增加少子寿命和扩散长度，从而提高UMG-Si太阳电池的光电转换效率。我们呼吁应进一步深入开展半导体材料“补偿电子学”和“补偿工程学”的研发。.（4）从实验和理论上证实：UMG-Si太阳电池和组件的温度系数绝对值要比化学法低三分之一到二分之一，其主要原因是前者存在杂质补偿。这有利于UMG-Si晶硅太阳电池在高温环境和地区的应用。.（5）为了防止出现LID现象，我们建议：1）应将材料中的B、P、O、C、Fe、Cu和Ni等残留杂质，降低到极限浓度以下；2）可在UMG-Si的铸锭中掺入适量的Ga进行补偿，不但可提高铸锭的成品率 ，而且可提高硅锭的少子寿命和电池光电转换效率，还可减少温度系数和LID；3）将已LID的UMG-Si太阳电池在加热条件下（约180℃），用70mw/cm2强度光照1500分钟，光敏缺陷将被钝化，光电转换效率可以恢复到98%，并不再出现LID现象。.（6）建议大力开展N-型UMG-SI晶硅太阳电池的研发。这是因为它的少子寿命在太阳电池制备要求的电阻率为0.5-3.0Ω•cm范围内比P-型大，所制备的电池光电转换效率更高，在此材料中所残留的B都被补偿，LID现象已大大减弱；而且目前制备N-型UMG-Si已没有难度，可大批量低价达标生产。.四、 论文、专利和材料培养：.正式期刊发表论文：14篇（其中，国外3 篇，国内11 篇）；.