多晶硅太陽能電池因其高性價比而被廣泛應用于光伏發(fā)電領(lǐng)域。位錯是影響多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的主要因素,通過降低位錯密度來提高多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率一直是光伏研究領(lǐng)域的重要課題。硅晶體定向凝固生長過程中形成的原生位錯會成為位錯增殖的源,在隨后的生產(chǎn)或加工中導致位錯密度的大幅增加,致使太陽能電池效率的下降。但形成于凝固結(jié)晶固-液界面前沿的原生位錯,其形核和演化難以通過實驗直接觀察和研究。分子動力學模擬能夠在原子/分子尺度提供體系結(jié)構(gòu)演變過程的全部信息,是從微觀角度研究晶體生長動力學和相關(guān)缺陷形成過程的有力工具。本文利用分子動力學模擬研究硅晶體定向凝固生長過程中原生位錯形核機制,選擇Tersoff勢函數(shù)描述硅原子間及硅與碳雜質(zhì)原子間的相互作用,研究了接近熔點的高溫下硅晶體的彈性和塑性性質(zhì)、硅晶體凝固生長過程中原生位錯和孿晶的伴生關(guān)系、應力作用下凝固生長過程及原生位錯的形核機制、凝固生長過程中晶界碳雜質(zhì)原子偏析位置附近原生位錯的形核機制。模擬研究結(jié)果表明:（1）在約化溫度（T/T_m）為0.88的高溫條件下,硅晶體有各向異性的楊氏模量和屈服強度。在屈服階段,Shoc... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

定向凝固法示意圖和該方法生產(chǎn)

第1章緒論5鐵可以非常有效地降低p型硅的少子壽命[38]；而銅被認為對n型硅少子壽命的影響大于對p型硅的影響[39]。1.4定向凝固多晶硅中的晶界多晶硅定向凝固技術(shù)雖然可以較好的控制凝固過程的晶粒取向，基本消除晶粒的橫向生長，但最終獲得的仍然是由不同晶向的柱狀晶粒組成的多晶組織。多晶硅兩個相互接觸的單晶晶粒之間會形成過渡區(qū)，在其中規(guī)則晶格發(fā)生畸變，形成晶體中的二維缺陷，稱之為多晶硅的晶界。(a)(b)圖1.2小角度晶界示意圖和位錯模型(a)示意圖(b)位錯模型[40]Fig.1.2SchematicdiagramanddislocationmodelofSAGB(a)Schematicdiagram(b)Dislocationmodel[40]多晶硅的晶界可分為“小角度晶界”(SAGB)和“大角度晶界”(HAGB)[41-45]。小角度晶界兩側(cè)晶粒的偏轉(zhuǎn)角≤°，大角度晶界兩側(cè)晶粒的偏轉(zhuǎn)角>°。圖1.2(a)是簡單立方結(jié)構(gòu)小角度晶界模型，相鄰晶粒間的偏轉(zhuǎn)角很小，在這種情況下，原子尺度上的晶格失配可以用一組沿著晶界的刃型位錯表示，如圖1.2(b)所示。兩個晶粒間的偏轉(zhuǎn)角與位錯Burgers矢量的大小和兩個位錯之間的距離有關(guān)：=(1.3)隨著偏轉(zhuǎn)角的增大，位錯間距減小，上述模型不再適用。大角度晶界通常使用重合位置點陣(CSL)模型描述。它基于這樣一個事實：若兩個相鄰晶粒的兩個晶格具有某個共同方向，如果將兩個晶格相互穿插，則一部分晶格是重合的。圖1.3舉例說明了這一結(jié)構(gòu)。CSL模型非常方便，它允許只用一個參數(shù)Σ

第1章緒論6來描述晶界。Σ是由重合晶格單胞體積與實際晶體單胞體積比值來定義的。根據(jù)該定義，對于立方點陣Σ值總是奇數(shù)，Σ等于1意味著單晶。除1外，最小的整數(shù)Σ值是Σ=3，它描述了一個所謂的一階孿生晶界[46]。其它類型的孿晶界具有Σ3n值，但它們在多晶硅中的出現(xiàn)頻率隨Σ值的增加而減小，出現(xiàn)頻率Σ3>Σ9>Σ27[43,44]。此外，多晶硅中還有其他CSL晶界，如Σ5、Σ7和Σ11等等，但很少存在。理論上可以計算出很大的Σ值，但Σ>27的晶界因其對稱性低而被實際描述為普通大角度晶界(RAGB)[43,44]。圖1.3晶界重合位置點陣模型示意圖Fig.1.3Schematicdiagramofcoincidencesitelatticemodelofgrainboundary晶界對太陽能電池性能最重要的影響是對少子壽命的影響，這種影響取決于晶界的類型和金屬雜質(zhì)的綴飾。受污染晶界中的金屬雜質(zhì)在硅帶隙中形成深能級復合中心從而降低少子壽命[49]�！凹儭被虿皇芪廴镜木Ы绫徽J為對少子壽命幾乎無害，至少對于低Σ型晶界是如此[48,50,51]。其他類型晶界由于晶界勢壘而引起的散射也可能對載流子的遷移率產(chǎn)生影響。1.5定向凝固多晶硅中的位錯1.5.1位錯類型及其核心結(jié)構(gòu)位錯是晶體中的一種“線”型畸變?nèi)毕�，在它周圍嚴重畸變區(qū)域，其中一個尺度比垂直于此線的其它兩維尺度大很多。也可以把位錯嚴重畸變區(qū)看作一個“管道”，這個管道的直徑通常只有幾個原子間距，并貫穿于晶體之中。晶體中主要存在兩種位錯類型；刃位錯和螺位錯。刃位錯的Burgers矢量與位錯線是正

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]倒四棱錐結(jié)構(gòu)在晶硅太陽能電池上的研究與應用[D]. 陳偉.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2018
[2]冶金法多晶硅真空定向凝固過程的數(shù)值模擬優(yōu)化及應用研究[D]. 楊璽.昆明理工大學 2015
[3]微尺度下單晶硅疲勞失效機理的分子動力學模擬研究[D]. 張云安.國防科學技術(shù)大學 2014
[4]硅中shuffle型60°位錯演化的分子模擬[D]. 鐘康游.哈爾濱工業(yè)大學 2013



本文編號：3098816