Light and elevated temperature induced degradation in multicrystalline silicon wafers studied by hyperspectral photoluminescence imaging

Abstract

Light and elevated temperature induced degradation (LeTID) has become a profound problem for the new PERC cells, reducing performance by as much as 16% during operation. The mechanism that governs the degradation is not fully understood, but some effect caused by hydrogen in the bulk of the cell is one of the suggested causes. High performance multicrystalline silicon (hpmc-Si) p-type wafers of different processing are investigated for LeTID using a hyperspectral photoluminescence (HSPL) imaging setup. As cut, phosphorus diffusion gettered (PDG) and gettered hydrogen bulk passivated wafer samples, with and without surface passivation, were processed with light soaking and elevated temperatures, with imaging at 90 K at intervals of the processing. LeTID was only observed in the samples with both surface passivation, PDG and hydrogen bulk passivation. This supports the hypothesis that bulk hydrogen is involved with the LeTID mechanism and suggests that a high charge carrier density is required. Defect related luminescence (DRL), PL signals correlated with defects and impurities, did not appear or disappear as a result of LeTID but got reduced intensity as the band-toband (BB) signal, a PL signal correlated with cell performance, degraded. Both BB and DRL recovered with long time exposure to light and elevated temperate.

Lys- og økt temperaturforårsaket degradering (LeTID) har vist seg å være et betydelig problem for de nye PERC-solcellene; ytelsen kan reduseres med så mye som 16% mens cellen er i bruk. Mekanismen som står bak denne degraderingen er ikke forstått fullt ut, men en effekt som skyldes hydrogen inne i cellen er en foreslått årsak. High performance multikrystallinsk silisium (hpmc-Si) p-type wafere med forskjellig prosessering har blitt undersøkt for LeTID med et hyperspektralt fotoluminescens (HSPL) avbildningssystem. As cut (nesten ubehandlede), fosfordiffusjon-rensede (PDG) og rensede bulkpassiverte waferprøver, med og uten overflatepassivering, ble behandlet med lys og økt temperatur. De ble avbildet ved 90 kelvin ved varierende intervaller under behandlingen. LeTID ble bare observert i prøvene med både overflatepassivering, PDG-behandling og bulk-hydrogen-passivering. Dette støtter opp under hypotesen om at bulk-hydrogen, hydrogen inne i waferen, er involvert i LeTID mekanismen. Høy ladningsbærertetthet ser også ut til være nødvendig for LeTID-mekanismen. Defektrelatert luminescens (DRL), fotoluminescenssignaler fra defekter og urenheter, verken forsvant eller oppstod med LeTID. DRL-signalene tok derimot og endret intensitet i takt med bånd-til-bånd-signalet (BB), signalet som indikerer wafer med god ytelse, når det ble svekket. Både BB og DRL signalet regenererte med lang eksponering for lys og økt temperatur.