《铸造多晶硅》PPT课件

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1、铸造多晶硅自20世纪80年代铸造多晶硅发明和应用以来，增长迅速，80年代末期它仅占太阳电池材料的10%左右，而至1996年底它已占整个太阳电池材料的36%左右，它以相对低成本、高效率的优势不断挤占单晶硅的市场，成为最有竞争力的太阳电池材料。21世纪初已占50%以上，成为最主要的太阳电池材料。优点：铸造多晶硅是利用特定铸造技术，在方形坩埚中制备晶体硅材料，其生长简便，易于大尺寸生长，易于自动化生长和控制，并且很容易直接切成方形硅片；材料的损耗小，同时铸造多晶硅生长相对能耗小，促使材料的成本进一步降低，而且铸造多晶硅技术对硅原料纯度的容忍度比直拉单晶硅高。缺点：铸造多

2、晶硅具有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，从而降低了太阳电池的光电转换效率。铸造多晶硅的优缺点利用铸造技术制备多晶硅，称为铸造多晶硅（multicrystallinesilicon，Mc-Si）。铸造多晶硅中含有大量的晶粒、晶界、位错和杂质，但由于省去了高费用额晶体拉制过程，所以相对成本较低，而且能耗也较低，在国际上的到了广泛应用。1、概述晶体性质直拉硅单晶铸造多晶硅晶体形态单晶大颗粒多晶晶体质量无位错高密度位错能耗/(kW·h/kg)>100约16晶体大小约300mm>700mm晶体形状圆形方形电池效率/%15~1714~16铸造多晶硅和直拉单晶硅

3、的比较自从铸造多晶硅发明以后，技术不断改进，质量不断提高，应用也不断广泛。在材料制备方面，平面固液相技术和氮化硅涂层技术等技术的应用、材料尺寸的不断加大。在电池方面，SiN减反射层技术、氢钝化技术、吸杂技术的开发和应用，使得铸造多晶硅材料的电学性能有了明显改善，其太阳电池的光电转换率也得到了迅速提高。由于铸造多晶硅的优势，世界各发达国家都在努力发展其工业规模。自20世纪90年代以来，国际上新建的太阳电池和材料的生产线大部分是铸造多晶硅生产线，相信在今后会有更多的铸造多晶硅材料和电池生产线投入应用。目前，铸造多晶硅已占太阳电池材料的53%以上，成为最主要的太阳电池材

4、料。2、铸造多晶硅的制备工艺铸锭浇注法定向凝固法磁感应加热连续铸造（EMCP）在一个坩埚内将硅原料溶化，然后浇铸在另一个经过预热的坩埚内冷却，通过控制冷却速率，采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅。铸锭浇注法直接熔融定向凝固法，简称直熔法。在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后通过坩埚底部的热交换等方式，使得熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅——热交换法（HeatExchangeMethod，HEM）。在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后将坩埚以一定的速度移出热源区域，从而建立起定向凝固的条件——布里曼法（Bridgman）。定向凝固法与铸锭浇注法相比，定向凝固法有以下优点

5、：在同一个坩埚中进行熔炼与凝固成形，避免了熔体的二次污染；通过定向凝固得到的是柱状晶，减轻了晶界的不利影响；由于定向凝固过程中的杂质分凝效应，对于硅中分凝系数与1相差较大的杂质有一定的提纯作用。缺点：能耗大，生产效率低，操作不连续、产能较小，坩埚耗费大，其硅锭制备设备成本较高。定向凝固法其原理是利用电磁感应的冷坩埚来熔化硅原料。电磁感应加热连续铸造（EMCP）这种技术熔化和凝固可以在不同部位同时进行，节约生产时间；而且，熔体和坩埚不直接接触，既没有坩埚消耗，降低成本，又减少了杂质污染程度，特别是氧浓度和金属杂质浓度有可能大幅度降低。该技术还可以连续浇铸，速度可达5

6、mm/min。不仅如此，由于电磁力对硅熔体的作用，使得掺杂剂在硅熔体中的分布可能更均匀。显然，这是一种很有前途的铸造多晶硅技术。优点这种技术制备出的铸造多晶硅的晶粒比较细小，约为3-5mm，而且晶粒大小不均匀。而且，由图6.9可以看出，该技术的固液界面是严重的凹形，会引入较多的晶体缺陷。因此，这种技术制备的铸造多晶硅的少数载流子寿命较低，所制备的太阳电池的效率也较低。缺点3、铸造多晶硅的原材料铸造多晶硅的原材料微电子工业应单晶硅生产的剩余料高纯多晶硅微电子工业应单晶硅生产的剩余料质量相对较差的高纯多晶硅单晶硅棒的头尾料单晶硅生长完成后剩余在石英坩埚中的硅底料补充：

7、PN结的制备方法PN结的制备方法在一块N型（或P型）半导体单晶上，用适当的工艺方法把P型（或N型）杂质掺入其中，使这块单晶的不同区域分别形成N型和P型的导电类型，两者的交界处就形成了PN结。制备方法主要有：合金法扩散法离子注入法薄膜生长法……PN结的制备方法合金法把受主型杂质小球放在一块N型单晶硅片上，加热到一定温度，使小球溶解，然后降低温度，熔体开始凝固，在N型硅片上形成一含有高浓度受主杂质的P型硅薄层，其与N型硅衬底的交界面处即为PN结。特点：N区中施主杂质浓度为ND，而且均匀分布；P区中受主杂质浓度为NA，也是均匀分布。在交界面处，杂质浓度由NA（P型）突变

8、为ND（N