PDF《光伏制造之如何高效铸造多晶硅》

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4 在实验中首次发现细小均匀的晶粒具有抑制位错增殖,减少位错密度的作用.图1为铸造多晶硅块少子寿命图与硅 块IR图.该

图表明细小的晶粒具有抑制位错增殖,减少位错的功能. 江西赛维从2009年开始研究多孔坩埚来诱导形核从而改变了单纯控制过冷度来或利用类单晶技术来控制形核的方法 ,得到了小晶粒的硅片,开创了铸造多晶硅诱导形核的新思路.2011年底江西赛维大规模开始研究小晶粒高效多晶硅 ,提出了多种实验的方法,并取得了相关专利,使之得到更加稳定的晶核诱导来控制形核,推动了光伏行业进入高效 多晶硅大规模应用时代. 3.

1、多孔坩埚 在坩埚底部或附加铺设的石英板上布置孔洞来诱导形核.根据晶体形核理论,铸造多晶硅的形核驱动力与坩埚涂层 的润湿性以及硅熔体的表面张力有关.通过坩埚孔洞或单独铺设的坩埚板(形核诱导层)粗糙度的设计可以改变表面 张力γ,从而减少了形核功,有利于诱导晶核的形成,得到细小均匀的晶粒.细小均匀的晶粒具有更低的位错密度, 这是因为位错一般沿{111}晶面的晶向进行滑移,由于晶粒尺寸小,位错更容易滑移到晶界,大部分位错都消失 在晶界上;

相比于位错对少数载流子较强的复合作用,晶界的影响较低.该方法同时能显著提高晶向的一致性,以<

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和晶向的晶粒占优,从而有效地增加硅片的少子寿命,采用此类硅片制成的太阳电池转换效率得到提高. 2012年中美晶申请的专利也提出的形核促进层中包括利用板体粗糙度来控制形核.杭州精功等单位亦进行了此类的研 究,近期C.W.Lan报道了Vesuvius等坩埚厂家推出了此类坩埚. 图2 多孔坩埚及多晶硅锭底部形貌 3.

2、单晶籽晶法 该方法从铸造类单晶的方法衍生过来,2009年浙江大学在国内最早从事此类工作的研究,并取得了相关专利.该方 法依次将单晶硅块、硅原料、掺杂元素置于坩埚中,加热使得每个单晶硅块不被全部融化.使单晶硅块作为籽晶诱导 生长定向凝固形成多晶硅.得到的多晶硅中的晶粒具有同晶向,使电池制备过程中的碱制绒技术能够被应用,从而提 高电池对光的吸收效率.该方法得到的主要是大晶粒的铸造多晶硅,生产成本较高.2011年江西赛维申请了使用氧化 铝、碳化硅等异质籽晶来生长大晶粒多晶硅锭.2012年中美晶在专利中亦涉及到了使用单晶硅碎料和碳化硅等作为形 核促进层. 3.

3、多孔材料法 由于多孔坩埚制备技术要求高,使用过程容易造成开裂等问题.江西赛维2012年首先使用了多孔材料或多晶硅碎片 (多晶硅碎片,0.5-2cm大小)杂乱的堆积底部诱导形核,进行形核长晶生长多晶硅锭,该方法最早地被铸锭厂家所 使用.碎片形核与单晶籽晶具有完全不同的作用机理.籽晶一般为外延生长,而多孔碎片法采用的多晶硅碎片即使位 错密度高,仍然可以制备出高效多晶硅.铸锭工艺采用开隔热笼化料,即固液界面是慢慢往下推移,待硅固液界面刚 好化到了多晶硅碎片层或进入时,降低炉内温度并开大隔热笼,使得熔化变为形核长晶,再随时间逐步调整隔热笼和 温度,使得多晶硅晶体往上垂直生长,直到头部全部结晶完毕,进入退火冷却.之后中美晶也提出了利用单晶硅或多 晶硅碎料铸造多晶硅的方法,中电48所提出多晶硅碎片刚好融化亦有可能获得高效多晶硅.国内有多家厂家申请了此 类专利,如旭阳雷迪、英利等公司,但还未获得授权. 页面