毕业设计（论文）开题报告-多晶硅铸锭中的杂质分布及其影响因素

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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告学院：材料学院2010年3月6日课题名称多晶硅铸锭中的杂质分布及其影响因素学生姓名郭春雷专业班级非金材062课题类型论文指导教师李飞龙/宁向梅职称主管/讲师课题来源生产1设计（或研究）的依据与意义能源是社会发展离不开的，现在随着社会的发展，煤，石油等不可再生资源越用越少，人们越来越感觉到能源的不足，国家也提出了可持续发展战略。太阳能，风能，水能等可再生能源越来越受到人们的重视，而多晶硅作为太阳能转化为电能的主要载体，多晶硅质量的好坏直接影响太阳能电池片的转化效率。目前

2、的企业做出的太阳能电池片的转换效率一般在15%左右，而实验室的转化效率一般都是它的二到三倍。为什么差别这么多呢？很大程度因为多晶硅中的杂质。多晶硅中很多杂质的存在对硅片的转化率影响很大，有些杂质的出现还会使整个硅片暴废。目前，多晶硅的生产方法很多，而应用最多的是定向凝固法生产多晶硅。定向凝固法的原理是：严格控制垂直方向上的温度梯度，使固液界面尽量平直，从而生长出取向较好的柱状多晶硅，其电学性能均匀。在多晶硅声场过程中，不可避免的会有杂质进入，杂质的进入会影响其载流子寿命，而且铸造过程中应力的存在会产生位

3、错等缺陷。多晶硅中含有的杂质主要是氧，碳，还有一些过渡族金属，主要是铜、镍、铁、铬。碳杂质的存在会生成碳化硅形成硬杂质点在切割时容易断线或者划痕，对后续加工不利。氧的影响：氧是铸造多晶硅材料中最主要的杂质元素，如果氧处于间隙位置，通常不显电学活性，然而一旦形成热施主，新施主和氧沉淀，从而显著降低硅片的少子寿命值。氮的存在已形成氮化硅等杂质不利于加工。金属杂质可以说是致命的过渡族金属由于有着非常大的扩散系数，除了从原材料带入这些杂质外，在晶体生长过程中以及在以后的电池制作工艺中也不可避免地会由坩埚等外面环

4、境中引入。这些杂质中，铜和镍的扩散系数较大，即使淬火，它们也会形成沉淀而不溶解在硅晶格中。铁和铬的扩散系数相对较小，但是在慢速冷却热处理时，依然有大部分形成沉淀。这些元素在硅的禁带中形成深能级，从而成为复合中心，可显著降低材料少数载流子的寿命。研究多晶硅中的杂志分布情况可以更好的控制晶体生长过程，改进工艺降低杂质的含量，在生产过程中改善工作环境不引入或者少引入杂质，可以更清楚的了解硅锭内部的情况为多晶硅硅锭的后续加工提供更好的依据，更有利于后面的加工处理。2.国内外同类设计（或同类研究）的概况综述目前所

5、了解到的多晶硅中的主要杂质及其主要来源：（1）、氧的来源主要有：原料多晶硅的含氧量高以及原生多晶硅自身存在氧化夹层；清洗时的硝酸未冲洗完全；烘干后未降至室温即开启烘箱门、或烘干不彻底即开始装袋；坩埚喷涂不合格；往坩埚里装料时环境湿度太高；通入炉内的氩气质量不合格；铸锭炉真空度达不到要求等。（2）、碳的来源主要有：原料多晶硅中的含碳量高；原料多晶硅的石墨部分清洗不彻底；清洗用纯水不合格；加热器处理和煅烧不彻底等。（3）、氮的来源主要有：腐蚀工序曾用过的硝酸清洗不彻底；喷涂坩埚的工艺不合理，喷涂层不牢固；喷

6、涂坩埚用的氮化硅不合格；铸锭炉所用氩气含氮量超标；铸锭炉真空度不高等。（4）、金属杂质的来源主要有：原料多晶硅中金属杂质含量过高；腐蚀、清洗所用的酸、纯水等不合格；清洗后的原料暴露在空气中的时间过长，由空气中的粉尘引入；硅料储存、包装、运输、装料等过程中的不当行为带入的金属污染；铸锭炉内壁处理不当；加热器的金属杂质含量过高等。目前所了解的研究情况：太阳能电池行业作为一个新型的产业在世界范围内发展才五十年左右，多晶硅产业的发展也是近三四十年的事情，好多技术都处于探索期。目前国外许多公司都在从事相关研究，例

7、如美国道康宁、日本JFE、挪威ElkenSolar公司等。国内的研究机关以及企业主要有大连理工大学、厦门大学、昆明理工大学、河北工业大学、河南讯天宇、南安三晶、上海普罗新能源、益阳晶鑫新能源等多家高校和企业从事制备太阳能级多晶硅的研究。对于多晶硅中的杂质分布国内有许多学者都做过或者正在做关于这方面的实验，如浙江大学硅材料国家重点实验室所做的铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响。因为研究硅锭中不同区域的杂质分布情况不同所以每个研究者所得的结论也不太一样但是都有许多相同之处，例如杂质的分布是受杂质分凝系数的影响

8、还有热场的作用，在这次毕业设计中我主要从分凝的角度出发研究杂质的分布情况。这个属于新兴的产业，真正有技术的公司才可以获得更多的利润站在行业的前沿。3.课题设计（或研究）的内容(一)取硅锭中不同区域的硅片样品(二)对硅片样品进行成分含量测量(三)分析硅片不同区域杂质含量不同的原因(四)总结影响杂质分布的原因及如何降低杂质含量的方法4.主要技术指标(或研究目标)(一)对所取硅片进行成分含量分析；(二)掌握制定实验方案的基本思路和实验操作基本技能