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1、.,第7卷第2期太阳能学报Vol7No,2.1986年4月「ACTAENERGIAESOLARISSIN!CAAp1986太阳电池用的定向凝固多晶硅锭唐厚舜余夕同(复旦大学材料科学研究所)摘要,本文报道了用定向凝固工艺在石墨模具中熔铸硅锭的试验利用脱模剂成功地解决了高温熔,,、。硅和铸硅脱模的难题模具可使用十多次能稳定地制备完整的无气孔无裂缝的圆锭和方锭xxxx7Omm。,方锭典型尺寸为12512590和SO5O两种晶粒形状为平行于生长方向的柱状晶粒平,。又,、.mm2Cn25AM1均宽度为毫米级最大达s用常规工艺做成Z的太阳电池℃5条件下的转换效率平均为10.6%,
2、最高达12.5%。脱模剂的纯度对晶片的腐蚀“花纹”有明显影响,“花纹”主要通过n+/p结的漏电导致开路电压和填充因子的下降。,,、太阳电池的地面应用日益广泛材料用量约以每年l倍的速率急剧增长而且硅材料、1l、l、1,电池制造封装之间所占成本已由原来各占/3发展到分别占/2/4/4因而迫切希望,。,,,开拓材料来源降低成本熔铸多晶硅锭比提拉单晶硅锭工艺简单操作方便耗能少辅,,,。,助材料消耗少可制备成任意形状的晶锭并且便于大量生产制成大面积硅片虽然多晶硅电池的电学性能、机,,械性能与单晶硅电池基本相似但制作太阳电池的多晶硅除有一定,。,、纯度要求外〕晶粒还对晶粒大小和形
3、状有一定要求在文献中即将晶粒尺寸达毫米级,,。形状为柱状的硅称之为半晶硅当前只有这种半晶硅才能在生产上得到实用,。,半晶硅锭的制造工艺有浇铸和定向凝固两类本文报道的定向凝固法可省去浇铸法,。,,的翻转机构能提高炉膛空间的利用率和产量另外定向凝固工艺容易制得柱状晶粒这。对避免多数载流子越过晶粒边界的势垒而直接输运到电极大为有利实验部份,C,c。铸锭在额定容量为Ikg的单晶炉内进行其炉膛内径38m高85m模具和热场装置如,,。x图1所示模具可用石英琳祸也可用石墨柑拐石墨模具做成125xl25ll0或50x50x,。,120mm的组合形式用石墨电阻加热硅在熔点时会与石墨起反
4、应而且硅与石墨和石英都,。‘,,,是浸润的因而脱模是本工作的难点参照前人的经验比采用改进过的脱模剂当模具温,,;度低于1350℃(如浇铸工艺)时脱模剂可使硅与石墨隔离凝固后能顺利脱膜而定向凝固,,,工艺硅要在模具中熔化模具温度必须高于硅的熔点要使涂于模具内壁的脱模剂在如此,。,高的温度下不脱落必须选择合适的调料用石英柑祸作模具也要保证脱模剂能在高温下,,。,使熔硅与石英隔离以避免冷凝时石英柑塌和硅锭的破裂另一方面由于定向凝固是在本文1985年4月2日收到:2期唐厚舜等太阳电池用的定向凝固多晶硅锭,因而杂质的沽污温度高于熔点的高温下进行的r们。。,保温系统比浇铸时严重杂
5、质主要来源于脱模剂因而定向凝固要求脱模剂的金属杂质含量比浇铸更。低:HF:HNo3=1:6)操作将原料硅块用(混合\,,放人涂液腐蚀至光亮冲洗清洁后有脱模剂的\石墨模,,具中并放人适量掺杂剂硼硅合金片—X一‘,在高真空(210托)下升温至硅原料即将熔化⋯{二哎,Ik,,充人氢气压力约达g当硅料全部熔化后恒。,,温20分钟使杂质在熔体中分布均匀在恒温下\,。模具以lmm/min的速率下降至全部凝固然后,以10℃/min的速率降至1000℃时,立缓慢降温⋯。即快速切断电源:,图l模具和热场装置结果按照本工艺我们可稳定地获得完整的多;撇蒙图.123公斤方
6、锭外形照片图3硅锭的剖面照片无气孔、无,裂纹的方锭和圆锭模具能重,复使用十多次锭的形状和尺寸可由模具随意控制。图2为3.1公斤方锭的外形照。片方锭典型尺寸为125又125火90和soX。50x7Omm两种由图3柱状晶粒的纵剖面叫)编却‘,,和横剖面照片可见晶粒平行于生长方向n、rTI,。其平均宽度大于I最大达5mm掺硼.,晶体为P型电阻率可以控制在01一C。:。C,lo0电阻率为ZQm的晶体电子扩散8,Xem,长度为66一6微米切成ZZ的晶.、,,AMI片经常规工艺制得电池在5,平均25℃条件下转换效率(九个硅锭制备..。10,的电池)为6%最佳值达125%图4,。图
7、4典型电池和最佳电池的I一V曲线和表l表明本方法的重视性很好为了146太阳能学报7卷表1各锭的少子扩散长度典型值和制得电池的转换效率平均值少子扩散长度电池效率平均值电阻率锭号((%)(O·em)原料拼m).孟立.弓人.J压‘.月百八八Un八0noO口U甘D13966一680I.2一4废次多晶,DI连6内0口U叮己了八0叮夕,沙l若‘江n6OQ89U0月56废次多晶一D147⋯6一8废次多晶D1485一7废次多晶D1496一8废次多晶D15011,34一6废次多晶D15210.55一6p型废次单晶头尾料D15310.6遭一5废次多晶D15410。O4一
