太阳电池作为绿色能源受到了国际上的极大重视。多晶硅以其低成本的优势占据了目前50%以上的商业化晶硅太阳电池市场,其主要的生产方式以高产、低价的定向凝固法为主。限制多晶硅太阳电池的转换效率的主要原因是其中存在大量的位错、晶界等缺陷,以及氧、碳等杂质。因此,多晶硅中杂质行为的认识及控制对实现低成本、高效率多晶硅太阳电池有着重要的意义。本文基于碳含量对氧沉淀的影响,对改良的Becker-D(?)ring方程进行了进一步的修正,提出一种考虑碳影响的氧沉淀生长模型,并模拟计算了定向凝固多晶硅锭的中部以及底部硅片在热处理后的氧沉淀尺寸分布和氧沉淀浓度。结果证实了碳对多晶硅中氧沉淀的作用:中部较高的碳含量使得氧沉淀的尺寸较大、数量较多;底部较低的碳含量使得原本氧含量较高的底部硅片中的氧沉淀尺寸较小、数量较少。通过与相应的电池转换效率的比较,可以进一步得到氧沉淀对转换效率的影响:氧沉淀的尺寸决定氧沉淀的作用效果,氧沉淀的数量决定氧沉淀的作用程度。即当氧沉淀小于一定尺寸时,氧沉淀的吸杂作用可以提高电池的转换效率,且电池的转换效率随氧沉淀浓度的增大而提高;而当氧沉淀大于一定尺寸后,其引发的缺陷会损害电池性能,且氧沉淀的浓度越高,电池的转换效率就越低。在进一步的实验中,我们利用红外光谱技术研究定向凝固多晶硅锭中不同部位材料热处理前后的氧、碳浓度变化,结合少子寿命、光电转换效率、内量子效率等电池性能,探索不同含量的氧、碳杂质对电池性能影响的物理机制。结合模拟计算的结果,证明碳是导致各部位电池性能差异的重要因素:一方面,大量碳沉淀直接使得顶部多晶硅电池性能下降;另一方面,与初始氧浓度相比,碳浓度更能影响到氧沉淀的尺寸和数量,是造成中部多晶硅材料较多大尺寸氧沉淀和底部材料较少氧沉淀的主要原因。我们进一步利用两步热处理方法证实了定向凝固多晶硅锭不同部位材料中这种复杂的氧、碳行为,并指出两步热处理方法仅能使靠近硅锭底部的材料制成的电池转换效率有所提高。以上的研究得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2010CB933702),特此感谢!