Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

Figure 5.10
Solid solubility of 3d transition elements in silicon. Sc is still missing, but is assumed
to be a little below the values of Ti. Adapted from
J. Appl. Phys.
Weber E,
A30
, 1 – 22 1983,

Springer-Verlag GmbH & Co. KG. The values for Ti are taken from [37]
composition of several transition-metal precipitates in silicon identify crystalline silicides,
FeSi
2
,
CoSi
2
,
NiSi
2
,
as compounds that influence the minority-carrier diffusion length.
The morphology and density depend upon temperature and time at temperature. Elements
having a high diffusivity like Ni and Cu precipitate easily. This reduces the number of
atoms in solid solution and may therefore change the electric properties. Kittler and

---

192
SOLAR GRADE SILICON FEEDSTOCK
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
11
10
12
10
13
10
14
10
15
10
16
10
17
10
18
10
−
5
10
−
4
10
−
3
10
−
2
10
−
1
1.0
10
Metal impurity concentration
[atoms/cm
3
]
Normalised ef
ficienc
y (
h
/
h
baseline
)
Metal impurity concentration
[ppma]
Ta Mo
Nb
W
Zr
Ti
V
Co
Cr
Mn
Fe
Ni
Al
Cu
P
p
-type silicon
Figure 5.11
Solar cell efficiency versus impurity concentration for 4 ohm cm p-base devices [30].
Reproduced from Davis Jr. J
et al
.,
IEEE Trans. Electron Devices

1980 IEEE
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
11
10
12
10
13
10
14
10
15
10
16
10
17
10
18
10
−
5
10
−
4
10
−
3
10
−
2
10
−
1
1.0
10
Metal impurity concentration
[atoms/cm
3
]
Relati
v
e ef
ficienc
y (
h
/
h
baseline
)
Metal impurity concentration
[ppma]
Mo
Ti
Ni
V
Cr
Fe
n
-type silicon
Mn
Al
Cu
Figure 5.12
Solar cell efficiency versus impurity concentration for 1.5 ohm cm n-base devices [30].
Reproduced from Davis Jr. J
et al
.,
IEEE Trans. Electron Devices

1980 IEEE

---

ROUTES TO SOLAR GRADE SILICON
193
co-workers [31] studied the precipitation and coarsening of NiSi
2
and the effect of
precipitates upon the minority-carrier diffusion length in
n
-Si single crystals (FZ material).
Scanning electron microscopy (SEM) using the method of electron beam–induced current
(EBIC) revealed that NiSi
2
precipitates were efficient recombination centres and that the
minority-carrier diffusion length,
L
D
, was related to the precipitate density,
N
P
, by
L
D
=
0
.
7
·
N
−
1
/
3
P
This relationship revealed that the diffusion length depends only on the density of precipi-
tates and not on the concentration of impurities. Therefore, a suitable temperature process
can increase the diffusion length,
L
D
. This occurs if during this process large precipitates
grow at the expense of the smaller ones, increasing the free distance between the precipi-
tates. This ripening process of precipitates is observed repeatedly during heat treatments.