Lifetime Improvement in the Red-zone Area of Quasi-mono Silicon Wafers

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Optinen teknologia
Mcode
S3011
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
54 + 6
Series
Abstract
This study investigates the potential of the quasi-mono silicon wafer for silicon based solar cells. Quasi-mono silicon represents itself especially as an alternative material to standard grown multicrystalline silicon, which is the most common wafer material of todays’ solar cells. Due to the casting growth process of quasi-mono silicon, the surfaces of the ingot facing the casting crucible suffer from the same minority carrier lifetime degradation, caused by in-diffused impurities, as the surfaces of a standard multicrystalline silicon ingot. Wafers cut out from the outermost parts of the ingot will thereby have a large unusable red-zone area. Recovering the lifetime of the red-zone area successfully, i.e. by removing the impurities causing it, is a vital part of the solar cell process. In this work, phosphorus diffusion gettering experiments were performed on quasi-mono silicon wafers with the aim to recover the lifetime of the red-zone area. A new idea was tried out by including a high temperature anneal into the standard phosphorus diffusion gettering process. The high temperature anneal was designed to dissolve precipitated impurities from the red-zone area which would not have been removed by the standard gettering process. The results from the gettering experiments were promising as the lifetime of the red-zone area was significantly improved and therefore suggesting a good getterability of quasi-mono wafers in general. In addition, including the high temperature anneal into the gettering process for an improved gettering efficiency turned out to be successful as an additional improvement of the red-zone area was achieved. It should also be mentioned that the lifetime of areas outside of the red-zone were improved in some cases with the inclusion of the high temperature anneal.

Tässä työssä tutkitaan kvasi-mono piikiekon potentiaalia piipohjaisten aurinkokennojen näkökulmasta. Kvasi-mono pii on (eteenkin) lupaava vaihtoehtoinen materiaali monikiteiselle piille, josta suurin osa nykypäivän aurinkokennoista valmistetaan. Kvasi-mono piin valu-tyyppisen kasvatusprosessin ansioista valmiin piiharkon uloimpien osien vähimmäisvarauksenkuljettajien elinaika kärsii valuprosessin aikana tapahtuvasta epäpuhtauksien diffuusiosta kasvavaan piiharkkoon. Sama ongelma esiintyy myös tavallisen monikiteisen piin kasvatuksessa. Kyseinen ongelma johtaa siihen, että kiekot, jotka sahataan harkon uloimmista osista, sisältävät sellaisenaan käyttökelvottoman alueen (red-zone), jos tavoitteena on rakentaa hyvin toimiva aurinkokenno. Tämän takia epäpuhtauksien poistaminen (red-zonen poistaminen) on oleellinen osa toimivaa aurinkokennon valmistusprosessia. Tässä työssä fosforidiffuusiogetterointiin perustuvia kokeita tehtiin kvasi-mono kiekoille tavoitteena poistaa sisäändiffusoituneet epäpuhtaudet ja näin palauttaa kontaminoituneen alueen elinaika kiekon normaalille tasolle. Työssä sovellettiin uutta ideaa sisällyttämällä korkean lämpötilan käsittely muuten standardiin fosforidiffuusiogetterointi-prosessiin. Korkean lämpötilan käsittely oli suunniteltu siihen tarkoitukseen, että korkea lämpötila mahdollistaisi sellaisten erkautuneiden epäpuhtauksien liukenemisen, jotka eivät muutoin olisi liuenneet standardin fosforigetterointi-prosessin aikana ja tästä syystä kyseiset epäpuhtaudet olisivat jääneet poistamatta kiekosta. Kontaminoituneiden alueiden (red-zone alueet) elinaika onnistuttiin palauttamaan kiekon normaalille tasolle käyttäen standardia fosforigetterointi-prosessia. Lisäksi korkean lämpötilan käsittelyn lisääminen muuten standardiin prosessiin osoittautui onnistuneeksi red-zone alueen paranemisen ansiosta. Lisäksi mainittakoon, että myös red-zone alueen ulkopuolella olevien alueiden elinaikaa pystyttiin joissain tapauksissa parantamaan korkean lämpötilan käsittelyn vaikutuksen ansiosta.
Description
Supervisor
Savin, Hele
Thesis advisor
Vähänissi, Ville
Keywords
quasi-mono silicon, red-zone, phosphorus diffusion gettering, minority carrier lifetime
Other note
Citation