石墨垫板刻槽对生长大晶粒多晶硅杂质传输的影响.pdf

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1、石墨垫板刻槽对生长大晶粒多晶硅杂质传输的影响／季尚司等·４７·石墨垫板刻槽对生长大晶粒多晶硅杂质传输的影响＊季尚司，左然，苏文佳，韩江山（江苏大学能源与动力工程学院，镇江２１２０１３）摘要铸锭中过高的杂质浓度是影响铸造多晶硅太阳电池效率的主要因素之一。铸锭生长过程中的杂质主要有Ｃ、Ｎ、Ｏ、金属离子及固体颗粒ＳｉＣ和Ｓｉ３Ｎ４。这些杂质能够降低晶片中少数载流子的寿命及太阳电池的填充因子；同时固体颗粒会造成切片过程的断线和晶片表面产生划痕。设计了一种新的方法生长大晶粒多晶硅，对石墨垫板进行刻槽处理，并采用数值模拟的方法模拟了该生长过程杂质的传输。模拟结果表明，刻槽的深度明显影响着初始生长时结晶界

2、面上Ｏ、Ｃ和Ｎ的分布；同时刻槽深度越大，生长速率越快，越能够抑制晶体中ＳｉＣ和Ｓｉ３Ｎ４的形成。关键词铸造多晶硅点冷却杂质传输数值模拟中图分类号：ＴＢ３２１；Ｏ７７＋５文献标识码：ＡＥｆｆｅｃｔｏｆＮｏｔｃｈｅｄＧｒａｐｈｉｔｅＰｌａｔｅｏｎＩｍｐｕｒｉｔｙＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＬａｒｇｅＧｒａｉｎＰｏｌｙ－ｓｉｌｉｃｏｎＧｒｏｗｔｈＳｙｓｔｅｍＪＩＳｈａｎｇｓｉ，ＺＵＯＲａｎ，ＳＵＷｅｎｊｉａ，ＨＡＮＪｉａｎｇｓｈａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３）ＡｂｓｔｒａｃｔＨｉｇｈｉｍｐｕｒｉ

3、ｔｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｉｎｇｏｔｃａｓｔｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｈａｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｐｏ－ｌｙ－ｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓａｒｅｍａｉｎｌｙＣ，Ｎ，Ｏ，ｍｅｔａｌｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅＳｉＣａｎｄＳｉ３Ｎ４．Ｔｈｅｓｅｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｍｉｎｏｒｉｔｙｃａｒｒｉｅｒａｎｄｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｃａｕｓｅｓｌ

4、ｉｃｉｎｇｗｉｒｅｂｒｏｋｅｎａｎｄｗａｆｅｒｓｕｒｆａｃｅｓｃｒａｔｃｈｅｄ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｇｒｏｗｌａｒｇｅｇｒａｉｎｐｏｌｙ－ｓｉｌｉｃｏｎ．Ｔｈｅｇｒａｐｈｉｔｅｐｌａｔｅｉｓｃｕｒｖｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｉｍ－ｐｕｒｉｔｙｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｎｏｔｃｈｅｄｄｅｐｔｈｃａｎｗｅｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＯ，ＣａｎｄＮｉｎｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄｌａｒｇｅｎｏｔｃ

5、ｈｅｄｄｅｐｔｈｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＳｉＣａｎｄＳｉ３Ｎ４．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｉｌｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ，ｐｏｉｎｔｃｏｏｌｉｎｇ，ｉｍｐｕｒｉｔｙｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ铸造法生长多晶硅是制造太阳电池的主要方法，因其产程与分布的研究还很少。量大，电池效率略低于单晶硅电池，近年来研究者对该方法本实验设计了一种新的生长大晶粒多晶硅方法，即对石做了大量的研究和改进［１］，出现了准单晶［２，３］、大晶粒［４－６］等英坩埚下面的石墨垫板增加刻槽，目的是变均匀冷却为多点改进方案。但这些改进主要是减少了硅片中晶界的数量和冷却，从而在生长初期引入枝

6、晶生长，并使用数值模拟软件位错密度，而影响太阳电池效率的重要因素之一是硅片中过ＣＧＳｉｍ对改进后的生长进行非稳态模拟。采用组分传输和高的杂质浓度：如氧会在太阳电池中形成热施主并造成光致化学反应模型，模拟生长过程中Ｏ、Ｃ、Ｎ的分布，分析ＳｉＣ和衰减［７］；Ｃ和Ｎ的浓度超过其在硅熔体中的极限溶解度就会Ｓｉ３Ｎ４颗粒的分布及成因。生成ＳｉＣ和Ｓｉ颗粒［８－１１］，增大电池的电阻率并降低开路３Ｎ４［１２］１计算模型电压；Ｆｅ等金属杂质能级处于Ｓｉ价带和导带中心，成为光生载流子的复合中心，缩短了光生载流子的寿命。基于上述１．１模型的简化及参数设置原因，须对铸锭多晶硅中杂质的浓度进行严格控制。基于工业常

7、用ＧＴ炉型进行数值模拟，炉型简图如图１［１３，１４］通过实验对不同Ｃ、Ｎ浓度的原料和不所示。炉子的规格：坩埚尺寸９０８ｍｍ×９０８ｍｍ×４２０ｍｍ，Ｒｅｉｍａｎｎ等同的生长过程进行研究，发现凹的生长界面和高Ｃ、Ｎ浓度铸锭的尺寸８８０ｍｍ×８８０ｍｍ×２４５ｍｍ，铸锭质量为３８０的硅料容易形成ＳｉＣ和Ｓｉ杂质。Ｔｒｅｍｐａ［１５］分析了生长３Ｎ４ｋｇ；实验数据表明硅锭的生长速率约为１ｃｍ／ｈ，熔体的温度速率对杂