Deteksjon av termiske donorer i p-type Cz-Si ved romtemperatur

Abstract

I denne oppgaven ble det studert om etsing av p-type Cz-Si wafere hadde noen effekt på deteksjon av termiske donorer (TD) ved romtemperatur. Termiske donorer er defekter som oppstår i monokrystallinsk Silisium ved varmebehandling rundt 400-500 °C. Disse defektene fører til Shockely-Read-Hall rekombinasjon og gir fra seg defektrelatert luminescens (DRL) som kan detekteres ved spektroskopi. Målingene ble gjort med hyperspektral fotoluminescens (HSPL) avbildning på kjente TD-rike prøver, hvor termiske donorer ikke ble observert ved romtemperatur. Målet var å finne ut om sagskader i as-cut wafere hindret deteksjonen av termiske donorer ved romtemperatur. Prøvene bestod av to par søsterwafere, med parvis antatt like egenskaper, hvor den ene ble beholdt "as-cut"og den andre ble etset for å fjerne sagskadene. HSPL-avbildning er en rask og ikke-destruktiv metode å karakterisere solceller på, og kan brukes på solceller i alle produksjonssteg. Metoden bruker fotoluminescens til å hente ut den spektrale samt romlige responsen til prøven. En laser brukes som eksitasjonskilde ved å bestråle prøven som absorberer fotonenergien. Ved romtemperatur vil laseren trenge ca 12 μmeter inn i prøven. Dette er omtrent like dypt som sagskadene i as-cut prøvene, og er trodd å være årsaken til at termiske donorer ikke kan detekteres ved romtemperatur. Resultatene fra denne oppgaven viste ingen TD-signaler hos etsede prøver ved romtemperatur. Prøvene ble også avbildet ved 90 K, hvor DRL ble observert, som bekreftet tilstedeværelsen av TD-innholdet i prøvene. Det ble konkludert med at sagskadene ikke var årsaken til fraværet av TD-signaler. Som et biresultat ble det funnet at etsing ga tydeligere signaler både ved romtemperatur og ved lave temperaturer.

In this study, etching of p-type Cz-Si wafers was studied to have an effect of detection of thermal donors (TD) at room-temperature. Thermal donors are defects appearing in monocrystalline Silicon by annealing at 400-500 °C. These defects leads to Shockley-Read-Hall recombination and emits defect related luminescens (DRL) which can be detected by spectroscopy. Measurements were done by hyperspectral phtoluminescence (HSPL) imaging on known TD-rich samples, where thermal donors were not detected at room-temperature. The goal was to find if the saw-damaged layer in as-cut wafers caused the non-detection of thermal donors. The samples consisted of two sets of twin-wafers, where one were kept as-cus, as the oter was etched to remove the saw-damages. HSPL imaging is a fast and non-destructive characterization method, and can be used on solar cells from any production step. The method uses photoluminescence to extract the spectral and spatial response of the sample. A laser is used as an exitation source by illuminating the sample which absorbs the photon energy. At room-temperature the laser has a penetration depth around 12 μmeter into the sample. This corresponds with the depth of the saw-damaged layer, and this is believed to be the reason of the non-detection of thermal donors at room-temperature. The results from this study showed no TD-signals in etched samples at room- temperature. The samples were also imaged at 90 K, where DRL was observed, confirming the presence of TDs in the samples. Is was concluded that the saw- damaged layer was not the reason of the non-detection of TDs. As a bi-result, etching was found to enhance the signals both at room-temperature and at low temperatures.