《表1 6组样品的电阻率、硼、氧、碳及各种金属杂质含量和少子寿命的测试结果》

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《掺硼直拉单晶硅棒不同位置硅片制备的PERC电池光衰及复原》

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由于所研究的PERC电池使用相同的工艺制成，电池所表现出的不同光衰及复原特性主要是由硅片内部杂质含量以及缺陷浓度造成的。为此，我们从硼氧及过渡金属杂质含量的角度对实验结果给予宏观定性的解释。P4在第一次光衰时具有最高的效率和开路电压，且其效率和开路电压的光衰幅度均较小。复原时P4的效率、开路电压和填充因子具有仅次于P5和P6的复原上升幅度，且具有最高的复原后效率和次最高的开路电压和填充因子。在第二次光衰时P4的效率仅在光照前1 h有衰减然后趋于稳定，开路电压和填充因子基本保持稳定，且具有最高的效率和开路电压。P4最高的性能表现可能与其硅片适中的硼含量和较低的氧碳含量（尽管氧含量仍比硼含量高约2个数量级）有关。P3在第一次光衰时具有最低的效率和填充因子。复原时，P3具有较低的效率、开路电压和填充因子复原上升幅度，且具有最低的复原后效率和填充因子。第二次光衰时P3的效率、开路电压和短路电流都有衰减，且具有最低的效率、开路电压和填充因子。我们注意到，P3的过渡金属杂质（铁、铜、镍）含量均小于P4，P3的电池性能理应优于P4，但是P3的性能却远不如P4。从硅片的少子寿命来看，第3组样品的少子寿命确实优于第4组样品。因此，电池制备工艺是造成P3和P4性能差异的根本原因。根据文献[25]和[26]的报道，铁、铜、镍在硅中都是快扩散金属杂质，PERC电池工艺中的磷扩散和去磷硅玻璃等工艺可对铁和镍等进行有效的杂质吸除，从而大大降低它们对电池性能的影响。然而，P3含有比P4更高的氧含量，而且P3也具有较高的铜含量，较高的氧含量和铜含量会在晶体硅中形成不均匀分布的氧沉淀和铜沉淀，而它们是非常有效的载流子复合中心，且无法通过杂质吸除的方法去除。因此，我们认为P3最低的性能表现可能与其较高的氧含量和铜含量导致的氧沉淀和铜沉淀引入的较高密度的结构缺陷有关。P5和P6在第一次光衰时分别具有最大和次最大的开路电压光衰幅度。复原时P6和P5分别具有效率、短路电流和开路电压的最大和次最大衰减和复原上升幅度。第二次光衰时P5的效率、开路电压和短路电流有衰减，但是填充因子有上升的趋势，而P6的效率和短路电流有衰减，开路电压和填充因子有上升的趋势，造成P5和P6效率的光衰幅度相对较小，同时也说明复原后的硼氧缺陷具有较好的抗光衰性能。因为氧含量比硼含量高出两个数量级，更高的硼含量就意味着更高的硼氧缺陷浓度，而更高的硼氧缺陷浓度意味着第一次光衰时更大的光衰幅度和复原时更大的上升幅度。此外，P6和P5在第一次光衰时分别具有最高和次最高的填充因子，P5和P6在复原时具有第一大和第三大的复原后填充因子，P5和P6在第二次光衰时具有并列最高的填充因子，该结果可以用更高的硼含量来解释，更高的掺硼量意味着更低的硅片电阻率，进而意味着更低的串联电阻和更高的填充因子。第一次光衰时，头部和尾部样品往往比中部样品（P3和P4）具有更大的效率光衰幅度。头部较高的光衰幅度可能是由于头部具有最高的氧、碳和铜含量所致，更高密度的氧沉淀和铜沉淀会导致更高密度的结构缺陷，进而造成更大的光衰。尾部样品更高的光衰是由于尾部硅片更高的硼含量继而更高的硼氧缺陷浓度所致。复原时效率、填充因子衰减和上升的幅度随着硅片含硼量的增加而增大，暗示了硼氧缺陷在所制备的PERC电池的光衰及复原中起主导作用。PERC电池在复原过程中P6的效率、开路电压和短路电流的复原幅度最高，复原后的值均大于初始值。第二次光衰时P6仍具有与P4并列最高的效率且最初光衰的幅度也较小，开路电压和填充因子不降反升。该结果一方面说明了100℃、1 sun光强、24 h的复原条件足以让PERC电池内部的硼氧缺陷近乎完全失活，第二次光衰时效率在初始阶段的小幅光衰可归因于未达到复原状态的硼氧缺陷所致，也证明了达到复原状态的硼氧缺陷具有很好的抗光衰性能；另一方面该结果也说明了第6组硅片虽具有最高的铁含量（浓度高达5.93×1014/cm3），但是被PERC电池制备工艺中的磷扩散和去磷硅玻璃等工艺有效去除，使之几乎没有对电池的性能造成任何负面影响。