Concentrations and Reactions of Iron in Crystalline Silicon after Aluminum Gettering

Abstract

Die Reinheit der Silizium-Ausgangsmaterialien und deren Kontamination durch verschiedene metallische Verunreinigungen gelten als die Hauptsorge in der Silizium-Photovoltaik. Bereits geringe Konzentrationen von Verunreinigungen können einen negativen Einfluss auf die Bauelement-Ausbeute haben. Insbesondere Eisen, als eine sehr mobile und lösliche Spezies, wird während der Prozessierung in die Solarzelle eingebaut. Um die Leistungsfähigkeit der Solarzellen zu verbessern, müssen daher die Eigenschaften von Fe-Defekten in Silizium verstanden werden, und es müssen effiziente Prozesse wie das Aluminium-Gettern konzipiert werden, um Eisen aus der aktiven Bauelementregion zu entfernen. Um die elektrischen Eigenschaften der Fe-Defekte zu charakterisieren, wird häufig eine Technik verwendet, die man als Deep Level Transient-Spektroskopie (DLTS) bezeichnet.Die vorliegende Arbeit ist in vier Teile gegliedert. Im ersten Teil werden zunächst die CV-Kennlinien der Proben nach den verschiedenen Phasen der Behandlung beschrieben. Anschließend wird das FeB-Paar in den mit Eisen eindiffundierten Proben charakterisiert. Im Anschluss daran werden die Auswirkungen von verschiedenen nasschemischen Ätz-Protokollen beschrieben. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Segregation von Fe aus dem kristallinen Si zu einer flüssigen Al:Si Phase an der Oberfläche mit Hilfe von DLTS Messungen untersucht. Diese Segregation stellt den grundlegenden Mechanismus beim Aluminium Gettern in der Silizium-Photovoltaik dar. Der experimentell bestimmte Segregationskoeffizient ist kleiner als Schätzungen aus den binären Fe:Si und Al:Fe Phasendiagrammen. Diese offensichtliche Diskrepanz ist auf den ternären Charakter des Systems zurückzuführen, in dem die Löslichkeit von Fe in Si im Gleichgewicht mit Al-dotiertem α-FeSi2 steht. Im dritten Teil wird anhand der Einduffusion von Platin und Gold (Marker-Methode) bewiesen, dass Aluminium-Gettern Leerstellen mit homogenen Tiefenprofile induziert. Aufgrund unserer Ergebnisse entsteht dabei im Si-Wafer eine Nichtgleichgewichtskonzentration an Leerstellen von 1015cm-3. Im letzten Teil wird die Entdeckung eines neuen Eisen-Defekts, bei dem es sich um einen metastabilen Komplex eines Eisen-Vakanz Paares handelt, beschrieben. Dies stellt eines der interessantesten Ergebnisse dieser Arbeit dar.