太阳电池硅锭生产技术

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1、专题SpecialSubject专题文章之四太阳电池硅锭生产技术中国光电技术发展中心吴建荣杨佳荣昌金铭摘要本文简要介绍了目前世界上几种主要的太阳电池单/多晶硅锭生产技术，并分析了它们的优缺点。关键词太阳电池单晶硅多晶硅硅锭生产0引言熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、目前世界太阳电池产业高速发展，在所有安装的太阳电等径、收尾等步骤，完成一根单晶硅锭的拉制。炉内的传热、传池中，超过90%以上的是晶体硅太阳电池，因此位于产业链前质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生端的硅锭/片的生产对整个太阳电池产业有着很重要

2、的作用。长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、太阳电池硅锭主要有单晶硅锭和多晶硅锭，这两种硅锭各有籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率，炉内保优缺点，单晶硅做成的电池效率高，但硅锭生产效率低，能耗护气体的种类、流向、流速、压力等。大；多晶硅电池效率比单晶硅低一些，但硅锭生产效率高，在规1.2区熔法（FZ法）模化生产上较有优势。目前国际上以多晶硅硅锭生产为主，而CZ法是将硅料全部熔化后，由一点开始结晶，通常这样的国内由于人工成本低，国产单晶炉价格低，因此国内单晶硅硅提纯只能进行一次。区域熔化则是对锭条的一部份进行熔化，锭的

3、产能比多晶硅大得多。熔化的部分称为熔区，当熔区从头到尾移动一次后，杂质随熔1太阳电池单晶硅锭生产技术区移到尾部。利用这种方法可以进行多次提纯，一次一次移动1.1切克劳斯基法（CZ法）熔区以达到最好的提纯效果，但由于液固相转变温度高，能耗CZ法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出大，多次区熔提纯成本高。区熔法有水平区熔和悬浮区熔，前者单晶的方法，又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片生产主要用于锗提纯及生长锗单晶，硅单晶的生长则主要采用悬厂家大多采用这种技术。浮区熔法，生长过程中不使用坩埚，熔区悬浮于多晶硅棒和下其基本原理如图1所示。多晶硅

4、硅料置于坩埚中经加热方生长出的单晶之间，见图2。由于悬浮区熔时，熔区呈悬浮状Floating-ZoneProcess籽晶轴转动PolysiliconHolderIngotPolycrystal保护气MeltingZone籽晶轴InductionCoilSilicon真空泵MeltMonocrystal籽晶夹持器光学直径测量系统RFcoilNeckSeedCrystal坩埚SeedCrystalSigleHolder石墨托CrystalSeed石墨加热器保温罩图2区熔法生产单晶硅示意图态，不与任何物质接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂质电极排气

5、坩埚轴传动的分凝效应和蒸发效应，可获得高纯单晶硅。目前航天领域用图1直拉单晶炉及其基本原理示意图的太阳电池所用硅片主要用这种方式生长。40新闻热线（：010）68635203E-mail：cjb3297@263.netSpecialSubject专题2多晶硅锭生长方法石墨绝热材料根据生长方法的不同，多晶硅可分为等轴晶、柱状晶。通顶部加热源常在热过冷及自由凝固的情况下会形成等轴晶，其特点是晶坩埚粒细，机械物理性能各向同性。底部热源支持台如果在凝固过程中控制液固界面的温度梯度，形成单方向热流，实行可控的定向凝固，则可形成物理机械性能各向异冷却台热开关

6、性的多晶柱状晶，太阳电池多晶硅锭就是采用这种定向凝固图4热交换法结晶炉炉内结构示意图的方法生产的。布里曼法则是在硅料熔化后，将坩埚或加热元件移动使在实际生产中，太阳电池多晶硅锭的定向凝固生长方法结晶好的晶体离开加热区，而液硅仍然处于加热区，这样在结主要有浇铸法、热交换法（HEM）、布里曼（Bridgeman）法、晶过程中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的电磁铸锭法，其中热交换法与布里曼法通常结合在一起。生长。其特点是液相温度梯度dT/dX接近常数，生长速度受工2.1浇铸作台下移速度及冷却水流量控制趋近于常数，生长速度可以浇铸法将熔炼及凝

7、固分开，调节。实际生产所用结晶炉大都是采用热交换与布里曼相结熔炼在一个石英砂炉衬的感应炉合的技术。中进行，熔融的硅液浇入一个石图5为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉示意墨模型中，石墨模型置于一个升图。图中，工作台通冷却水，上置一个热开关，坩埚则位于热开降台上，周围用电阻加热，然后以关上。硅料熔融时，热开关关闭，结晶时打开，将坩埚底部的热1mm/min的速度下降（见图3）。量通过工作台内的冷却水带走，形成温度梯度。同时坩埚工作其特点是熔化和结晶在两个不同台缓慢下降，使凝固好的硅锭离开加热区，维持固液界面有一的坩埚中进行，从图中可以看出，个比较稳

8、定的温度梯度，在这个过程中，要求工作台下降非常这种生产方法可以实现半连续化平稳，以保证获得平面前沿定向凝固。1.硅原料装入口；2.感应炉