铸造太阳能发电中多晶硅生长

太阳能发电的多晶硅材料生长利用定向凝固的铸造技术，制备硅多晶体，称为铸造多晶硅（multicrystalline silicon,简称mc-Si)。 　　

铸造太阳能发电中的多晶硅虽然具有大量的晶界、位错和杂质，但由于省去了高费用的晶体拉制的过程，切割损耗小，而且能耗也较低，所以相对成本较低，在国际上得到广泛的应用。 　　

1975年，德国的瓦克（Wacker)公司在国际上首先利用浇铸法制备多晶硅材料(SILSO)，他们在一个坩埚内首先将原料硅熔化，然后再倒入另一个经过预热的坩埚，通过控制冷却速度，采用定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅。几乎同时，国际上其他研究小组也提出了不同的铸造工艺制备多晶硅材料，如美国Solarex公司的结晶法，美国晶体系统公司的热交换法，日本电气公司和大阪钛公司的模具释放铸锭法等等。 　　

石英坩锅周围的石墨加热器加热，使得硅原料首先在坩锅中熔化，然后在坩锅上部温度保持的同时，从坩锅的底部开始逐渐降温，从而坩锅底部的熔体首先形核、结晶，然后控制温场、温度梯度和凝固速度,通过保持固液界面在同一个水平面上，采用定向凝固的方法使得形核晶体从底部垂直生长，最终生长出取向性较好的柱状多晶桂晶键。虽然定向凝固铸造多晶硅的基本原理相同，但具体工艺技术有多种。 　　

目前国际产业界普遍采用的有两种技术： 　　

一是布里奇曼（Bridgeman)法，这种方法通过抬升保温罩或者下降坩埚，在坩埚和加热器以及保温罩之间制造相对位移，使熔硅及坩埚缓慢离开加热区域。通过这种技术生长的铸造多晶硅晶粒尺寸大，柱状晶结构明显，一般具备较好的电学性能。 　　

二是热交换法（Heat Exchange Method, HEM)，即坩埚和热场相对位置保持不变，通过底部冷却装置以及上下热场的分离控制实现晶体的定向凝固生长。热交换法生长的优点是炉体内热场分布均匀，通过底部冷却装置与顶部加热器协同，可以根据晶体生长需要调节固、液界面形状，得到符合要求的铸造多晶硅晶体。 　　

在太阳能发电中，多晶硅材料的生长利用的mc-Si技术，虽然技术是原理基本相同，但是工艺的技术还是有不同方法的。

更新时间：2015-8-19 8:14:36
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