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摘要：太阳电池工艺过程中少子寿命值的变化，揭示了少子寿命值在太阳电池生产过程中的应用，然而原始硅片电阻率的值对扩散后少子寿命具有决定性作用，本文通过实验得出物理冶金法硅片的电阻率与扩散后硅片的少子寿命之间的关系，比较不同电阻率段的物理冶金法硅片扩散后少子寿命及成品电池片效率，从而达到简化生产流程，优化生产工艺目的。
关键词：少子寿命；电阻率；物理冶金法硅片.
中图分类号：TU 43；O344 文献标识码：A
硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。在单晶电池片的生产过程中，原始硅片电阻率值的高低直接体现原材料的纯度即杂质的含量[1]，最终影响电池片的转换效率。
在单晶的拉制过程中是通过掺入一定量的活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。然而重金属铜、金、铁等和非金属碳、氧都是极有害的杂质，它们的存在都会使PN结性能变坏。P型单晶硅多掺硼，N型单晶硅多掺磷，在硼、磷的掺杂及单晶硅的生产过程中不可避免带入其它元素，如碳、氧等元素。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。在硅太阳能电池片的生产过程中，其原始硅片的电阻率主要影响电池片的Uoc和Isc，最终反应为电池片的转换效率。因此单晶硅的电阻率一直是光伏行业研究的热点。
1 实验说明
1.1 太阳能电池片制造工艺流程及主要的实验测试器材
（1）工艺流程：
（2）实验所需生产设备及检测设备
该实验依托于宁夏银星能源股份有限公司光伏电池制造分公司的太阳能电池生产线，主要测试设备如下：①电阻率测试仪（广州昆德 四探针KDY-1）②少子寿命测试仪（semilab WT-2000）③测试分选机（berger）。
1.2 实验样品选择及实验思路
实验选用宁电光伏硅材料有限公司的P型CZ<100>单晶硅片，尺寸为125×125mm，厚度约为200±20μm，依据电阻率分组分别是0.5Ω·cm以下；
0.5—1Ω·cm；1.2—1.5Ω·cm；1.5—1.7Ω·cm；2.5—3Ω·cm共5组，每组各200片。
实验中分别取不同电阻率段的硅片各200片做为样本，按生产线正常工艺经过电池片制成流程后，分别求出各组实验片扩散后少子寿命平均值，测试分选后转换效率的平均值，并进行比较分析。对硅片扩散后的杂质成分进行分析。最后得出实验结论。
2 实验数据统计及分析
2.1 扩散后平均少子寿命及平均效率分布
2.1.1 扩散后平均少子寿命（μs）分布图
由图1可知，在物理冶金法硅片中扩散后少子寿命随原始硅片电阻率的下降而呈现下降趋势。
2.2.1电阻率为0.5Ω·cm以下物理冶金法硅片制绒后硅片成分分析图
2.1.2 测试分选后平均效率分布图
由图2可以看出：①电阻率在1.2-1.5Ω·cm、1.5-1.7Ω·cm、2.5-3Ω·cm这几个分段上，效率变化趋于平稳；②电阻率为0.5-1Ω·cm这个分段上效率在17.2%—17.6%之间，比起1.2-1.5Ω·cm、1.5-1.7Ω·cm、2.5-3Ω·cm这三个分段的电阻率段的电池片转换效率，下降较为明显；③电阻率在0.5以下的物理冶金法硅片成品电池片为低效片，完全无法使用。
由于测试成品电池片电阻率0.5Ω·cm以下实验片效率太低怀疑是电池片制成过程中杂质引入造成，实验决定对这个电阻率段的物理冶金法硅片制绒后硅片成分及扩散硅片后成分进行分析。实验样品送至中国科学技术大学进行分析，所用设备为环境扫描电子显微镜；型号XL-30 ESEM；仪器功能：①固体、粉体品微观形貌观测；②生物或含水样品微观形貌观测；③微区化学成分分析；④显微拉伸及在位观测。
2.2 电阻率为0.5Ω·cm以下的物理冶金法硅片制绒后硅片、扩散后硅片成分分析图
杂质原子比例在千分之5以上，该检测设备才能检测到。结合图3和图4可知在测试深度为30μm硅片内部无原子比例在千分之5以上的杂质引入。B、C、O等元素无超标现象。
2.2.2电阻率为0.5Ω·cm以下物理冶金法硅片扩散后硅片成分分析图
由图5和图6可知物理冶金法硅片扩散后在测试深度为30μm硅片内部引入了Sn、P、O元素原子比例都在5‰以上。P、O两种元素的含量比起Sn要稍高一些。在制绒后的物理冶金法硅片30μm测试深度，硅片内部未发现Sn元素。
“威斯丁豪斯曲线” [2]给出了影响硅太阳能电池转换效率的金属元素种类，由此可以得知Sn元素对电池片的转换效率无太大影响。
3 实验结论
本文主要研究了物理冶金法硅片原始电阻率对扩散后硅片的少子寿命及成品电池片转换效率的影响，实验结论如下：①物理冶金法硅片电阻率在0—3Ω·cm的电阻率范围内，原始硅片电阻率越低，少子寿命越低，其成品电池片的转换效率越低；②物理冶金法硅片原始电阻率在0.5Ω·cm以下的硅片，其成品电池片效率太低，来料检测时可以直接扣住，可不对其进行加工。
参考文献：
[1] 施钰川 太阳能原理与技术[M].西安交通人学出版社，2009
[2] S.De Wolf，J.Szlufcik，Y.Delannoy，et al.Solar cells from upgraded metallurgical grade（UMG） and plasma-purified UMG multicrystalline silicon substrates. Solar energy materials and solar cells，72；49-58，2002
作者简介：
彭文强， 1986.10， 大学本科， 学士学位， 初级工程师， 技术员，主要研究光伏太阳能电池制造工艺，联系电话：15202670235， 电子邮件：clfwfd@163.com，联系地址：宁夏银星能源股份有限公司光伏电池制造分公司。
关键词：少子寿命；电阻率；物理冶金法硅片.
中图分类号：TU 43；O344 文献标识码：A
硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。在单晶电池片的生产过程中，原始硅片电阻率值的高低直接体现原材料的纯度即杂质的含量[1]，最终影响电池片的转换效率。
在单晶的拉制过程中是通过掺入一定量的活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。然而重金属铜、金、铁等和非金属碳、氧都是极有害的杂质，它们的存在都会使PN结性能变坏。P型单晶硅多掺硼，N型单晶硅多掺磷，在硼、磷的掺杂及单晶硅的生产过程中不可避免带入其它元素，如碳、氧等元素。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。在硅太阳能电池片的生产过程中，其原始硅片的电阻率主要影响电池片的Uoc和Isc，最终反应为电池片的转换效率。因此单晶硅的电阻率一直是光伏行业研究的热点。
1 实验说明
1.1 太阳能电池片制造工艺流程及主要的实验测试器材
（1）工艺流程：
（2）实验所需生产设备及检测设备
该实验依托于宁夏银星能源股份有限公司光伏电池制造分公司的太阳能电池生产线，主要测试设备如下：①电阻率测试仪（广州昆德 四探针KDY-1）②少子寿命测试仪（semilab WT-2000）③测试分选机（berger）。
1.2 实验样品选择及实验思路
实验选用宁电光伏硅材料有限公司的P型CZ<100>单晶硅片，尺寸为125×125mm，厚度约为200±20μm，依据电阻率分组分别是0.5Ω·cm以下；
0.5—1Ω·cm；1.2—1.5Ω·cm；1.5—1.7Ω·cm；2.5—3Ω·cm共5组，每组各200片。
实验中分别取不同电阻率段的硅片各200片做为样本，按生产线正常工艺经过电池片制成流程后，分别求出各组实验片扩散后少子寿命平均值，测试分选后转换效率的平均值，并进行比较分析。对硅片扩散后的杂质成分进行分析。最后得出实验结论。
2 实验数据统计及分析
2.1 扩散后平均少子寿命及平均效率分布
2.1.1 扩散后平均少子寿命（μs）分布图
由图1可知，在物理冶金法硅片中扩散后少子寿命随原始硅片电阻率的下降而呈现下降趋势。
2.2.1电阻率为0.5Ω·cm以下物理冶金法硅片制绒后硅片成分分析图
2.1.2 测试分选后平均效率分布图
由图2可以看出：①电阻率在1.2-1.5Ω·cm、1.5-1.7Ω·cm、2.5-3Ω·cm这几个分段上，效率变化趋于平稳；②电阻率为0.5-1Ω·cm这个分段上效率在17.2%—17.6%之间，比起1.2-1.5Ω·cm、1.5-1.7Ω·cm、2.5-3Ω·cm这三个分段的电阻率段的电池片转换效率，下降较为明显；③电阻率在0.5以下的物理冶金法硅片成品电池片为低效片，完全无法使用。
由于测试成品电池片电阻率0.5Ω·cm以下实验片效率太低怀疑是电池片制成过程中杂质引入造成，实验决定对这个电阻率段的物理冶金法硅片制绒后硅片成分及扩散硅片后成分进行分析。实验样品送至中国科学技术大学进行分析，所用设备为环境扫描电子显微镜；型号XL-30 ESEM；仪器功能：①固体、粉体品微观形貌观测；②生物或含水样品微观形貌观测；③微区化学成分分析；④显微拉伸及在位观测。
2.2 电阻率为0.5Ω·cm以下的物理冶金法硅片制绒后硅片、扩散后硅片成分分析图
杂质原子比例在千分之5以上，该检测设备才能检测到。结合图3和图4可知在测试深度为30μm硅片内部无原子比例在千分之5以上的杂质引入。B、C、O等元素无超标现象。
2.2.2电阻率为0.5Ω·cm以下物理冶金法硅片扩散后硅片成分分析图
由图5和图6可知物理冶金法硅片扩散后在测试深度为30μm硅片内部引入了Sn、P、O元素原子比例都在5‰以上。P、O两种元素的含量比起Sn要稍高一些。在制绒后的物理冶金法硅片30μm测试深度，硅片内部未发现Sn元素。
“威斯丁豪斯曲线” [2]给出了影响硅太阳能电池转换效率的金属元素种类，由此可以得知Sn元素对电池片的转换效率无太大影响。
3 实验结论
本文主要研究了物理冶金法硅片原始电阻率对扩散后硅片的少子寿命及成品电池片转换效率的影响，实验结论如下：①物理冶金法硅片电阻率在0—3Ω·cm的电阻率范围内，原始硅片电阻率越低，少子寿命越低，其成品电池片的转换效率越低；②物理冶金法硅片原始电阻率在0.5Ω·cm以下的硅片，其成品电池片效率太低，来料检测时可以直接扣住，可不对其进行加工。
参考文献：
[1] 施钰川 太阳能原理与技术[M].西安交通人学出版社，2009
[2] S.De Wolf，J.Szlufcik，Y.Delannoy，et al.Solar cells from upgraded metallurgical grade（UMG） and plasma-purified UMG multicrystalline silicon substrates. Solar energy materials and solar cells，72；49-58，2002
作者简介：
彭文强， 1986.10， 大学本科， 学士学位， 初级工程师， 技术员，主要研究光伏太阳能电池制造工艺，联系电话：15202670235， 电子邮件：clfwfd@163.com，联系地址：宁夏银星能源股份有限公司光伏电池制造分公司。