硅中氢与III族受主反应的理论研究

本文研究了若干涉及原子氢、分子氢与III族受主的化学反应的热力学。结果在 First-principles 层面上解释了包含这些物种的热激活与载流子激活过程。受主-氢配对问题亦被重新审视。我们给出了长程迁移、补偿效应与短程反应的精细化物理化学图像，最终形成完全钝化的 $\equiv\textrm{Si-H}\cdots X\equiv$ 结构，其中 $X$ 为III族受主元素。在基于硅的太阳能电池的光与高温诱导退化（LeTID）背景下，考虑了受主-H 与受主-H$_{2}$ 复合物的形成与解离。除了解释观测趋势并回答关于受主-氢配对性质的若干基本问题外，我们发现 BH$_{2}$ 复合物是 H$_{2}$ 分子与硼反应生成 BH 对（同时伴随自由空穴的减少）过程中的副产物。所考虑缺陷反应下 Helmholtz 自由能的计算变化，以及 BH$_{2}$ 形成/解离的激活势垒（接近 $\sim1$ eV），与实验测定的 Si:B 基电池在 LeTID 期间退化/恢复速率的激活能相符。预期比硼更重的双氢化物受主为有效质量型浅施主，因此不太可能表现出类似的非辐射复合活性。