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高效多晶硅铸锭技术探究

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《连铸》2017年第5期

摘要:多晶硅铸造过程中出现了大量杂质和缺陷,造成了多晶硅少子寿命降低。位错是常见的缺陷,极大影响了多晶硅的质量。本文结合多晶硅铸造过程中遇到的问题,重点研究不同形核材料、长晶界面及长晶过程中温度梯度对位错的影响,以提高高效多晶硅片的转换效率。

关键词:形核材料;长晶界面;温度梯度;位错

0引言

多晶硅太阳电池因较高的光电转换效率及较低的成本等优势占据光伏行业的主要份额[1]。铸造多晶硅是多晶硅太阳电池制作过程中的一个重要环节。影响多晶硅硅片质量的因素主要有杂质、晶界和位错[2],杂质的来源主要与原料的纯度及制备过程中杂质的引入有关[3],而晶界和位错的繁殖与多晶硅锭的形核及长晶过程息息相关[4,5]。本文在进行多种材料形核研究的基础上,对高效多晶硅铸锭技术的位错影响因素进行了研究。

1试验过程

1.1不同形核材料对晶粒和效率的影响

本文选用5种原材料,A样品为非高纯高效石英材料,B样品为高纯高效石英材料,C样品为碳化二氧化硅材料,D样品为碳化硅材料,E样品为硅碎片材料。A、B、C、D样品在熔化阶段使用的是同一种全熔工艺,E样品在熔化阶段使用的是半熔工艺,所有样品的长晶阶段使用统一的长晶参数配方。原材料通过处理后,形成5种形核材料a、b、c、d、e,这5个样品来自同一多晶铸锭炉的中间硅块,截面为尾部向上55mm处。

1.2长晶界面的影响

在多晶硅铸锭过程中,阴影线可标示出当时晶粒生长的界面情况。为了研究长晶界面对位错的影响,我们进行了热场改造控制,使多晶硅铸锭炉台形成左低右高的热场界面。从G6大锭中选取13#~18#硅块,红外图中阴影线左端坐标为160mm,右端坐标为222mm,两端差值达62mm,液面高低水平差距较大,13#的热场温度比18#热场温度要高得多。13#硅块出现晶粒斜向坩埚面生长的情况,而18#硅块则是出现晶粒从坩埚面倾斜向大锭内部生长的情况,从对应的少子图低少子区域分布看也有类似的倾斜情况。

2结论

在同一热场、相同工艺、尾部晶粒水平一致的情况下,不同的形核材料对高效多晶铸锭硅片的位错与效率影响不明显。相同的多晶硅锭,不同位置表现出的位错差异与长晶固液面的平整度有关。平整的固液面有利于高效多晶硅锭的垂直生长和硅片位错减少。在同一热场、尾部晶粒水平一致的情况下,适当地缩小铸锭工艺中TC1与TC2温差,放缓该温差的增长速率,可抑制硅锭中位错的繁殖。

作者:常传波;杨振邦;袁聪;唐骏 单位:荣德新能源科技有限公司

连铸杂志责任编辑:张雨    阅读:人次