光伏技术是目前解决能源危机的最有效途径之一,近年来在全球范围内得到了蓬勃的发展,其中晶体硅太阳电池占据了光伏市场80%以上的份额。低成本和高效率是晶体硅太阳电池的发展趋势,而晶体硅中的金属杂质和缺陷会严重影响硅片的质量和太阳电池的性能,一直是行业领域关注的焦点。因此,研究晶体硅中的缺陷及其与金属杂质相互作用的行为对光伏产业的发展具有十分重要的理论意义和实用价值。晶体硅中主要的缺陷有位错、晶界、原生氧沉淀等,而铁和镍是晶体硅中最为常见的两种过渡族金属,它们对太阳电池效率的影响都很大。本文在前人研究的基础上,利用少子寿命测试仪、扫描红外显微镜、深能级瞬态谱等测试技术,研究了晶体硅中的缺陷及其与铁和镍的相互作用行为,得到了如下的创新成果：(1)研究了原生直拉单晶硅中低温下铁杂质沉淀的动力学行为,发现在220-500℃热处理的过程中间隙铁浓度呈双指数的规律衰减,说明有两种间隙铁的吸杂中心存在。扫描红外对体内微缺陷的表征结果显示铁沾污硅片和原生硅片中的缺陷尺寸和密度均无差异,这说明这两种吸杂中心是直拉硅晶体生长过程中形成的原生缺陷。(2)研究了太阳电池黑心片的电学性能和内部缺陷的关系,进而分析其成因。实验发现,黑心电池片在EL和LBIC的图像中都呈现中心区域严重复合的现象,与之对应的是电池片体材料中的缺陷密度中心区域明显高于边缘区域,由SEM和TEM观察可知位错是其中具有代表性的缺陷,有着与总缺陷密度相同的分布。原生黑心片的少子寿命分布也显示中心低边缘高的现象,体内缺陷分布与电池片体材料类似,经过特定条件热处理后原有缺陷会部分转化为层错,而原片中铁杂质含量由边缘向中心不断减少。基于以上结果,太阳电池黑心区域少子寿命的降低主要是由晶体生长时在中心区域引入的位错等高密度缺陷被铁等金属杂质缀饰所引起的。(3)研究了镍沾污及后续热处理对(110)/(100)大角度晶界电学性能的影响。用瞬态电容法测试分析得到镍沾污后晶界的态密度升高,并且能级位置更深,而经过合适的低温热处理之后,晶界的态密度有所下降,分析原因是镍在晶界处沉淀的尺寸增大密度降低,因此可以用低温退火来调控晶界上的金属形态,从而改善金属沾污晶界的电学性能。