铸造太阳能发电的多晶硅晶体的工艺

在铸造太阳能发电的多晶硅晶锭的底部、顶部和周边区域存在一层低质量的区域，其厚度在2～4 cm左右，少数载流子寿命较低，不能应用于太阳电池的制备，会在随后的晶锭加工过程中被切除。这层区域和坩埚中杂质的扩散、多晶硅晶体生长后在高温的保留时间等因素有关。通常认为，晶体生长速度越快，这层区域越小。这部分材料虽然不能制备太阳电池，但是可以回收，作为回收料使用。值得注意的是，在回收料中会有较多的碳化物和氮化物，这些杂质量过多，会导致材料质量的下降。所以，在多晶硅晶体生长时，需要尽量减少低质量的区域。 　　

对于铸造太阳能发电的多晶硅而言，过去一直认为晶粒越大越好，这样晶界的面积和作用都可以减少，其对材料质量的影响也最小。而近年来的研究表明，当晶粒较大时，晶粒中的位错密度也比较高，导致材料的电学性能降低，反而影响硅太阳电池效率；因此，人们开发了新型“高效铸造多晶硅”，即通过控制热场、温度梯度和冷却速度，使得整个晶锭的晶粒大小比较均匀，大小在10～30mm左右。 　　

这种晶粒的晶界密度没有足够影响材料性能，而晶粒中的位错易于滑移到晶界处，导致晶粒内部的位错密度比普通的铸造多晶硅要低一个数量级左右，最终影响了太阳电池的光电转换效率。在几乎相同的情况下，均匀小晶粒、低位错密度的高效多晶硅的电池效率比普通铸造多晶硅要高0.3～0.5%，从而近年得到了广泛的应用。 　　

利用定向凝固技术生长的铸造多晶硅，生长速度慢，坩锅是消耗件，不能重复循环使用，即每一炉多晶硅就需要一件坩锅；而且，在晶锭的底部和上部，各有几厘米 厚度的区域由于质量低而不能应用。 　　

为了克服这些缺点，电磁感应冷坩锅连续拉晶法（electromagnetic continuous pulling)已经被开发，简称 EMC 或 EMCP 法。其原理就是利用电磁感应的冷坩锅来熔化硅原料，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，熔体和坩锅不直接接触，既没有坩锅的消耗，降低成本，又减少了杂质污染长度，特别是氧浓度和金属杂质浓度有可能大幅度降低；另外，该技术还可以连续浇铸，速度可以高达5 mm/min。不仅如此，由于电磁力对硅熔体的作用，使得摻杂剂在硅熔体中的分布可能更均匀。 　　

但是，这种技术也有弱点， 制备出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，晶体缺陷密度比较高，少数载流子寿命较低，相应的太阳电池效率也较低。只有进一步改善晶体制备技术和材料质量，这种技术今后才能在工业界广泛应用。 　　

在锻造太阳能发电的多晶硅晶体的工艺中，利用的定向凝固技术也是有生长速度慢的缺点的。在电磁感应冷坩锅连续拉晶法技术下，缺点或者说是弱点就是铸造的晶粒比较细小，密度不高，寿命低。

更新时间：2015-8-22 8:37:33
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