高效多晶硅片的研究

自1975年,德國Wacker公司首先利用澆鑄法開始制備多晶硅材料[1,2]用于制造太陽能電池,由于其具有生長簡便、易于大尺寸自行化生長、能耗小、成本低等優點,到目前鑄造多晶硅已占太陽電池材料的53%以上,成為了主要的電池材料。雖然目前廣泛采用的定向凝固法鑄造多晶硅相比于澆鑄法降低了體內熱應力,降低
摩爾光伏     2016-12-31 17:43:44
 

1975年,德國Wacker公司首先利用澆鑄法開始制備多晶硅材料[1,2]用于制造太陽能電池,由于其具有生長簡便、易于大尺寸自行化生長、能耗小、成本低等優點,到目前鑄造多晶硅已占太陽電池材料的53%以上,成為了主要的電池材料。

雖然目前廣泛采用的定向凝固法鑄造多晶硅相比于澆鑄法降低了體內熱應力,降低了晶體內的位錯密度[3],但是其相對于單晶硅的高密度位錯、晶界、微缺陷及相對較高的雜質濃度大大降低了太陽電池的轉換效率。

因此,生產具有低位錯密度,高轉換效率的高效多晶硅片將成為日后多晶硅的主要發展方向。 目前已公開發表的文獻中大多從電池制備方面研究如何提升其轉換效率,本文就多晶硅制備過程對高效多晶進行了研究。

實驗

鑄造多晶硅在晶體凝固后的冷卻過程中,由于從硅錠的邊緣到中心,從頭部到尾部,散熱的不均勻會導致硅錠中熱應力的產生。而且,硅錠和石英坩堝的熱膨脹系數不同,在冷卻過程中也會產生熱應力。熱應力導致了晶粒里產生大量位錯,影響了多晶太陽電池的效率。所以,本實驗通過以下兩方面措施減少位錯,提高效率。

2.1 改善工藝

將頭部長晶TC1溫度由1430℃降至1398℃,增大長晶階段縱向的溫度梯度,使硅錠的生長能夠沿豎直方向進行,有效地排出位錯。早年曾有報道:清潔的位錯或晶界對材料的電學性能沒有很大影響[4],但據Hartam K等人[5]研究:即使是在“干凈”(沒有吸附雜質)的情況下,位錯本身也會成為復合中心,而使硅晶體少子壽命降低。所以降低硅錠中的位錯密度對于提高轉換效率顯得十分必要。

2.2 采用新型輔材

采用新型輔材,包括使用德國產氮化硅粉、硅溶膠以及高純石英坩堝,采用刷涂代替噴涂等工藝等。德國產氮化硅粉粒徑均勻,雜質含量少,微觀下呈圓柱狀,在坩堝壁上附著效果好,隔絕高溫硅液和石英坩堝的能力強。硅溶膠的加入可以有效改善陶瓷坩堝的高溫強度及高溫抗蠕變性能[6]。高純石英坩堝內堿金屬雜質較少,從源頭上減少了過渡族金屬雜質(FeCoCu等)從坩堝向晶錠固相的擴散[7]。使用刷涂工藝得到的涂層具有質量高、完整性好、厚度易于控制等優點,其良好的隔熱性能可以延長高溫硅液與石英坩堝的接觸時間,改善硅錠的表面質量。

3、結果與討論

3.1 位錯密度的降低

1是改變工藝前后的硅片位錯的SEM照片,可以看出降低頭部長晶溫度后,硅片的位錯密度明顯降低。經檢測,硅錠的位錯密度由之前的平均約4×105cm-3降低到平均3×103cm-3

1 改變工藝前后多晶硅片位錯的SEM照片

Fig 1 SEM micrograph of dislocation in mc-Si before and after changing process

位錯的存在可以大幅度地降低少數載流子的擴散長度,不僅是由于位錯本身的懸掛鍵具有很強的電活性,可以作為復合中心[8],而且由于金屬雜質和氧碳雜質的偏聚也會造成新的電活中心,使電學性能不均勻。

位錯密度的降低使俘獲少子的復合中心大幅減少,使少子壽命大幅度提高,從而提高了太陽電池的裝換效率。

3.2 雜質濃度的降低

有研究表明,相比于晶界和位錯,硅錠中的氧、鐵等主要雜質元素對其少子壽命的影響更大[9]。因此,減少硅錠中的氧、鐵及其復合體或雜質,可以有效地提高硅錠的少子壽命,進而提高多晶太陽電池的轉換效率。

使用高純石英坩堝,可以有效地降低頭部氧雜質(如圖2)和過渡族金屬雜質(FeCoCu等)(如圖3)向硅錠內的擴散。

2 不同廠家坩堝氧含量正態分布圖

Fig 2 Normal distribution of the oxygen content of crucibles from different manufactures

3 四種坩堝典型雜質含量分析對比圖

Fig 3 Comparison chart of typical impurity content of four kinds of crucible

4 使用新型輔材及工藝前后硅錠少子壽命截面圖

Fig 4 Sectional view of minority carrier lifetime of the multicrystal silicon ingot before and after using new accessories and process

由于硅溶膠良好的高溫抗蠕變性能、刷涂工藝和德國產氮化硅粉可以有效地隔絕高溫硅液與坩堝的接觸,進一步減少氧雜質等進入硅錠,降低邊皮紅區厚度(如圖4),提高硅錠的品質。

結論

本文通過降低頭部長晶溫度,使多晶硅錠內部的位錯密度由平均約4×105cm-3降低到平均3×103cm-3,復合中心大幅減少,少子壽命大幅度提高。采用了新型的輔材如德國產氮化硅粉、硅溶膠和高純石英坩堝以及新的刷涂技術,使進入硅錠的氧含量、金屬雜質等減少,邊皮低少子壽命區變薄,提高了硅錠的品質。通過以上措施,使硅錠位錯密度降低,氧、金屬雜質減少,少子壽命提高,達到了生產高效多晶硅片的目的。

(陳超  昝武  特變電工新疆新能源股份有限公司)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 上一篇:籽晶粒徑分布對高效多晶硅晶體生長的影響
  • 下一篇:多線切割工藝斷線分析
  • 相關信息
  • ·意大利2019光伏裝機預計600MW 明年或超1GW
  • ·再創新“高”!科華恒盛中標西藏薩嘎、仲巴220kV儲能電站項目
  • ·2019年我國建筑光伏一體化裝機容量增長快速 連續六年領跑全球
  • ·IHS:盡管中國光伏裝機較低 但2019年全球裝機仍將達129GW
  • ·塔塔電力將在古吉拉特邦建設50MW太陽能項目
  • 關于我們 加入我們 相關法律 網站地圖
    Copyright @2016-2017 摩爾光伏 Corporation, All Rights Reserved    
    京ICP備16060270號-1   商務合作
    nba篮球竞彩胜分差
    竞彩篮球胜分差选项 中国竞彩网胜分差计算器 竞彩篮球胜分差共有几种玩法 篮彩胜分差怎么投注 竞彩胜分差 猜胜分差赔率高 篮彩胜分差是什么意思 一场比赛选两个胜分差 中国竞彩网胜分差计算器 竞彩篮球胜分差教程 篮球胜分差必须赢球吗 篮球胜分差概率 竞彩篮球胜分差返奖率 猜胜分差赔率高 nba的胜分差什么意思
    吉林时时彩二十分钟一期 怎样玩足球竞猜稳赚不赔 中国福利彩票2018082 苹果7赚钱软件下载 扑克比大小玩法喝酒 河北十一选五定胆软件 河北快3走势开奖结果 重庆时时历史开奖记录 彩名堂预测计划软件 七乐彩历史同期数据 百乐门赌博赚钱吗 百人牛牛官方 江苏11选5走势图 广西快乐十分开将结果 重庆时时最新开奖结果 韩国花牌2张比大小玩法