多晶硅锭生产的技术原理.ppt

太阳电池多晶硅锭生产工艺 技术原理简介 RENESOLA 2008-07 录 引言 多晶炉内热场与硅锭的组织结构 定向凝固时硅中杂质的分凝 四、定向凝固硅晶体生长工艺方法 五、热交换法多晶炉型 六、热交换法工艺讨论 七、结晶炉结构类型的选择 八、多晶硅片的高效率、高质量生产方向 引言 976年德国 WACKER公 电池商业化效率在 片褽莟盆棍凳鹦硅品粒组成,存在的品界,位错、缺陷及杂质影响可过工 电池工艺主要采用吸杂、钝化、绒面、背场等技术 森禮。莉等定饔舉霜觌被互严硅锭,设备和制造过程较向单,低能耗,对硅原 n因技术成熟而快速发展,预计今后仍占主导地位 ■产能增长速度比较 多晶硅片:04=62%,05=40%,06=92%,07=95% 单晶硅片:04=90%,05=53%,06=58%,07=63% 簿膜硅电池:04=61%,05=60% 求:具有合理可 冷却水和 1理券速计花现碰淀大花的优化长过程 围A节,(0生A,卖成3菜爷交,续请智,昌段有45 美国 GTSOLAR 改进型或仿造型产 c got Sectioning Silton rocks Washing Silicon wafer proces Silicon Ingot ( enlaketlaal 多晶硅锭/片的生产工艺过程 多晶硅锭的组织结构与结晶炉热场 多晶硅锭结构特征是柱状晶,即晶体生长沿垂真方向由下向上,通过定向凝固的结晶 (Directional Solidification-Crystallizatiol 热场:即温度场,是温度分布随时间和空间的变化。实际为非稳态 流蒡籍這应甥韃疲耠慌天酒犇长方向与热 固-液昦面:结晶生长前沿,硅在熔点温度下发生熔化-凝固,熔化吸热,是过热过程,凝固放 在固-液界面区 形状:凹、凸和平坦型 和移动过程决是篮肉量粒尺寸位错方向、杂质偏聚、热应力分布。固液界面的微观结构 重要性:关系 控制:通过改变结晶炉内部结构(发热器和绝热层的位置、形状)和工艺参数(供电功率 流状态)就能改变温度场而控制圊-液界面。 3、温度梯度:炉内等温线上任一点上的法线,是指向温度升高方向的矢量 热流密度:正比于温度梯度但方向相反的矢量 (热传导系数k是温度、压力、晶向的函数 高温区 固-液界面 侧向无温度梯度 长方 不散热 低温区 热流方向 定向凝固柱状晶生长示意图 、定向凝固:张晶要求液-固界面处的温度梯度大于0,横向则要求尽 流保持在垂直方向上;固-液界面保持 6、硅结晶的特点:与一般纯金属不同,硅的不同晶面自由能不相同,表面 面会优先 自由能,所以多晶硅柱状晶生长方向基本垂直,但常伴有分 7、结晶生长前沿的移动速度:取决于热场的变动。是综合控制晶体生长速 度和质量的 据。降低液相温度梯度 度祕璦遵関相婆蟋蹙∫矬奀)刳嶶罍度箴: 8、长晶过程:开始温度梯度大,快速凝固导致小晶粒和断续平行结构; 9、温度波:加热功率或冷却水温、流量的起伏变动,引起温度变动,以有 率穿透熔硅向固-液界面传播 播深度增加而衰减,只有当波长 、硅液有宏观对流条件下,会抵达固-液界 多晶硅锭的柱状晶(带分枝晶)结构 三、定向凝固时硅中杂质的分凝 多晶硅锭的结晶生长是硅的排杂提纯过程,这是基于杂质 在硅的固-液相中有不同的溶解度(浓度) uu T: LIQUID OMPOSIT|N→ DISTANCE 含微量杂质的硅熔液的凝固结晶过程示意 开始凝固温度和凝固完成温度(溶质使凝固点降低) 固相线和液相线,固相区-液相区-固液相共存区 歲勢平寔檀,液为平稠夏处擬數成分与 K。=C*sCt 其中,C液固界面处液相侧溶质浓度 C*s液固界面处固相侧溶质浓度 K。与温度、浓度无关,仅决定于溶质和溶剂的性质 金属杂质在硅中平衡分配系数在104-—108之间,B为0.8,P为0.35 因K。0,故CsCL