太阳能多晶硅锭定向凝固技术进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com太阳能多晶硅锭定向凝固技术进展／钟根香等·91·太阳能多晶硅锭定向凝固技术进展钟根香，周浪，万跃鹏(1南昌大学材料科学与工程学院，南昌330031；2LDKSolarLtd．，新余338032)摘要当前多晶硅已成为最主要的光伏材料。多晶硅锭定向凝固生产技术主要包括浇注法、热交换法(HEM)、定向凝固系统法(DSS)和电磁铸锭法；研究发展主要集中在增大硅锭尺寸和提高生长速率，以及一些热场和工艺上的改进尝试。多晶硅锭生长过程及其控制的复杂性以及硅原料的昂贵使得计算机模拟

2、方法的优势突显，在国外得到了积极的研究应用，取得了很有技术参考价值的模拟研究结果。关键词多晶硅定向凝固计算机模拟DevelopmentofDirectionalSolidificationTechnologyforGrowth0fM(>SiIngotsforSolarCellsZHONGGenxiang，ZHOULang，WANYuepeng(1MaterialScienceandEngineeringCollege，NanchangUniversity，Nanchang330031；2LDKSolarLtd，X

3、inyu338032)AbstractMulticrystallinesilicon(mc-Si)hasbecomethedominantmaterialforsolarcells．Thecurrentmajorsolidificationtechnologiesusedforproductionofmc-Siingotsarecasting。heatexchangemethod(HEM)，directionalsolidificationsystem(DSS)andelectro-magnetocasting(

4、EMC)．Theresearchanddevelopmentofthisfieldmainlyfo—CUSonincreasingthesizeoftheingotandraisingthegrowthrateoftheingots．Improvementsinthermalfielddesignandprocesseshavealsobeencarriedout．Thecomplexityinthesystemandprocessofmc-Siingotgrowthandhighcostofthesilicon

5、feedstockpushforwardtheroleofnumericalsimulationinR&Dofthedirectionalsolidificationtechnolo—gyformc-Siproduction．Agreatnumberofsuchresearchandapplicationappearedabroad，fromwhichvaluabletech—nicalinformationhasbeenobtained．Keywordsmulticrystallinesilicon，direc

6、tionalsolidification，computersimulation术已经很成熟，但关于生产工艺的改进及探索研究仍在进行，促0引言进着多晶硅产业的不断发展。以下简单介绍和评述各种硅锭生能源和环境是当今世界广泛关注的两大问题，太阳能作为长技术。一种可再生的绿色能源自然成为人们开发和研究的焦点。自1主要生产技术1954年美国贝尔实验室成功研制出第一块单晶硅太阳能电池以来，经过全球科技和产业界的不懈努力，太阳能电池技术和1．1浇铸法产业得到了巨大发展。浇铸法的特点是硅料的熔化和凝固分别在2个不同的坩埚伴随着太

7、阳能电池业的迅猛发展，成本较低且适合于大规中进行，如图1所示。模生产的多晶硅已成为最主要的光伏材料之一，并逐步取代传硅料在预熔区熔化后，倒入另一个加有保温装置的生长区。统直拉单晶硅在太阳能电池材料市场当中的主导地位。当前，通过控制生长区坩埚周围的加热装置，使硅液在设定的温度梯在整个太阳能电池材料市场中，晶体硅片以超过9o的比例占度下由底部开始逐渐结晶。这种方法由于将熔化与结晶区分据着绝对优势，其中多晶硅片超过6o；而以近5年新增部分开，使能量的利用更合理，也使半连续性铸锭成为现实，但浇铸来看，多晶硅片超过8O，且

8、这个趋势还在发展中。法生产的硅锭相对较小且质量不如后述几种方法制备的硅锭，目前，定向凝固是制备太阳能级多晶硅锭的主要方法，即目前在实际生产中已逐渐被其他方法所取代。在凝固过程中控制液固界面的温度梯度，实行可控的定向凝1．2定向凝固系统法和热交换法固，形成多晶柱状晶。早期应用较为广泛的多晶硅锭生产技术定向凝固实际上是本文介绍的所有方法的基本特征过程。为浇铸法，后渐有其它技术