太阳能光伏技术中的表面复合与结构缺陷复合

间接复合（见图3．5）还包括以半导体材料晶体结构缺陷为复合中心的情况。晶体结构缺陷包括空位、位错、晶界和表面，它们会在禁带中产生能级，包括深能级（靠近禁带中心的能级），从而成为间接复合的中心，同样有促进载流子复合，降低载流子寿命的作用。其中表面对载流子寿命影响最大，也最普遍，其影响形式则与之前不同，为此引入了表面复合速度的概念，以下专门介绍。其他结构缺陷的影响就只介绍实验统计结果。

对一片半导体样品，体内复合与表面复合同时平行进行，单位时间内样品上发生复合的载流子数应为两者之和；单位时间内载流子发生复合的概率应为载流子平均寿命的倒数。假定一片体积为V，表面积为A的半导体样品的有效载流子寿命为τ，其体内载流子寿命为τv，其非平衡少数载流子浓度为Δn，以sΔn代表非平衡载流子浓度为Δn的材料单位面积上单位时间发生复合的载流子数，应有

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式中：d为样品厚度，出现2倍的原因是样品有上下两个相同的面，侧表面就忽略不计了。表面复合的结果好似载流子从表面流出去了，式中s值越大流速越快，而且它具有速度的量纲，因此我们称s为表面复合速度，其单位为cm／s。硅的裸露表面的复合速率一般有1 000～5 000cm／s，具体随表面粗糙度和污染情况而不同。对于硅晶体太阳电池来说，所用硅片厚度一般为0．18mm厚，如采用质量较好的单晶硅片，体少子寿命应取较好水平100μs，取中等表面复合速度水平3 000cm／s，按上式推算得到，硅片表观少子寿命，或有效少子寿命，只有3μs。所以太阳电池硅片表面必须要经过钝化处理以降低表面复合速度，不然用好的硅片也是浪费。钝化的实质是令结构缺陷包括表面处的不饱和键饱和，从能带结构上看就是令其能级被填充而不能起作用，钝化是硅晶太阳电池技术的关键核心之一。目前较好的钝化水平可以使表面复合速度降到10cm／s水平。

位错也提供载流子间接复合的中心，导致载流子寿命降低。图3．8为理论估测的位错密度对半导体载流子扩散长度的相对影响（载流子扩散长度与寿命的二分之一次方成正比）。可以看到，位错密度处于105／cm2以下时，对硅的载流子扩散长度影响不大，高于此水平时，影响就比较可观了。