氧是铸造多晶硅中的主要杂质之一，它主要来自于石英坩埚的玷污。虽然低于溶解度的
间隙氧并不显电学活性，但是当间隙氧的浓度高于其溶解度时，就会有热施主、新施主和氧
沉淀生成，进一步产生位错、层错，从而成为少数载流子

 

　　的复合中心。图

1 为氧在熔体中的传递示意图。我们认为晶体生长过程中氧的传递包含

了可能的三个过程：

a 氧从柑祸中向硅熔体中进行扩散；b 氧的分凝导致氧从熔体中进入凝

固的晶体中；

c 氧在熔体表面以 SiO 的形式挥发。在晶体生长的初始阶段，主要是氧的挥发

决定着铸造多晶硅中的氧浓度及其分布，而在晶体生长的后阶段，可以认为是氧的分凝起
主要作用，因为熔体中氧浓度减少，挥发减弱。

 

　　碳作为铸造多晶硅中的另外一种杂质，主要来源于石墨坩埚的玷污。处于替代位置上的
碳对材料的电学性能并无影响，但是当碳的浓度超过其溶解度很多时，就会有

SIC 沉淀生

成，诱生缺陷，导致材料的电学性能变差。因此，碳浓度在多晶硅锭中的呈现底部低，头部
高的分布曲线，而且浓度上升曲线较陡，头部碳浓度甚至可能超过碳在硅中的固溶度。因此，
在热处理过程中，头部的碳可能会形成

SIC 颗粒等沉淀,在硅中形成硬质点，引起划痕。大

尺寸的

SIC 还可能穿透器件的 PN 结，从而造成漏电等现象。 

　　过渡金属是硅中另一类会显著降低其性能的杂质。由于铸造多晶硅所用硅料

 

　　纯度不高，石英蜡祸内壁的

Si3N4 涂层中也含有很多的杂质，因此，多晶硅中不 

　　可避免的就会带入各种金属杂质。这些金属杂质或以沉淀的形式存在，或以间隙态、替
位态的形式存在，或以复合体的形式存在，在硅中引入额外的电子或空穴，导致载流子浓
度的改变，或者直接引入深能级中心，成为电子、空穴的强复合中心，大幅度降低少数载流
子寿命，导致太阳电池转换效率的降低。

 

　　

3 铸造多晶硅中的结构缺陷 

　　晶界的存在是多晶硅中必然的一种缺陷。多晶硅晶粒的一般尺寸为

1~10mm 

　　左右，在晶粒的相交处，硅原子有规则的周期排列被打断，存在着晶界。根据晶

 

　　界结构的不同可以把晶界分为小角晶界和大角晶界两种。在铸造多晶硅中，超过

80%的

晶界属于大角晶界，只有少量的小角晶界。根据共位晶界模型，大角晶界又可以分为特殊晶
界

(CSL，用∑值表示)和普通晶界(random，用 R 表示）。尽管晶界一上存在悬挂键，具有界

面势垒，会对少数载流子的扩散产生复合作用，但是有人认为干净的晶界的复合活性是很
弱的；同时，晶粒的尺寸远远大于硅中少数载流子的扩散长度，所以对少子寿命影响不大。
但是已有很多研究证明，晶界对于过度金属等杂质有

“吸杂”的作用，杂质容易在晶界上分

凝沉积，从而使晶界的复合作用非常明显。

 

　　位错是多晶硅中的另一个重要杂质，对其研究也非常多。此外，在铸造多晶硅中，各晶
粒取向不同，在晶界处应力集中，也会形成位错；大尺寸杂质沉淀与基体的膨胀系数不同
冷却时会产生应力，从而导致位错的产生，例如

Si3N4 棒状沉淀附近的位错团簇。 

　　位错上的悬挂键会对少子产生复合作用，而且，随着位错密度的增加，其复

 

　　合强度显著增强，严重影响铸造多晶硅太阳电池的效率。与晶界一样，位错对硅

 

　　中存在的金属杂质也有吸杂的作用，金属杂质倾向于在位错上分凝聚集而形成沉

 

　　淀。经过金属杂质缀饰后的位错的复合强度也大大增加，严重影响硅片的电学性能。因
此，应该调整铸造工艺，尽量减少位错密度和体内的金属杂质，从而提升铸造多晶硅片的
晶体质量，提高电池片的转换效率。

 

　　

4 结语 

　　当前，人们对铸造多晶硅的吸杂研究相对较多，对冶金法多晶硅的吸杂研究则很少。随
着光伏产业的高速发展，半导体工业边角废料生产的铸造多晶硅已远远不能满足需求，而
冶金法多晶硅则最有希望在太阳电池领域实现大规模生产。然而，冶金法多晶硅中的杂质种
类及分布与铸造多晶硅以及混掺型铸造多晶硅相比大不相同，所以，应对冶金法多晶硅开