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定向凝固多晶硅中细晶产生的原因分析
中国科学: 技术科学 2011 年 第41 卷 第6 期: 754 ~ 759 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 定向凝固多晶硅中细晶产生的原因分析 * 张志强, 黄强, 黄振飞, 李毕武, 陈雪 常州天合光能技术部, 常州 213031 * Email: zhiqiang.zhang@; junyannh@163.com 收稿日期: 2010-09-18; 接受日期: 2010-11-23 江苏省自然科学基金(批准号: KB2008548)资助项目 摘要 铸锭多晶硅是目前最主要的光伏材料, 其结晶组织的形貌对太阳能电池的转换 关键词 效率有着显著的影响. 粗大均一的晶粒有利于得到高质量的硅片, 从而提高电池转化效 铸锭多晶硅 2 细晶 率. 而在多晶硅锭的中心区域经常发现晶粒尺寸小于1 mm 的细晶, 其电学性能较差, 影 结晶界面前沿 响该部分硅片的质量. 本文设计了两种不同结构的热场, 利用计算机仿真技术和实验测 G/ V 量, 结合组分过冷理论, 对细晶形成机理和影响因素进行了探讨. 研究表明, 提高结晶界 熔体对流 面前沿熔体的温度梯度与结晶速度的比值G/ V、增强界面前沿熔体的对流强度, 并维持较 结晶界面 为平坦的结晶界面, 有利于避免细晶的产生. 1 引言 2 细晶形成的机理 直至当前, 多晶硅材料仍然凭借其高性价比占 在多晶硅晶体生产中, 为了满足电学特性的需 据着世界光伏市场的主体地位[1]. 多晶硅的晶粒大小 要, 通常要掺入一定量的硼(P 型)或磷(N 型)作为掺杂 及组织形态与电池性能有着密切联系, 粗大均一的 剂, 而磷和硼的分凝系数均小于 1. 由分凝理论可知, 晶粒有利于得到高质量的硅片, 从而提高电池转化 随着晶体的生长, 熔体中的溶质浓度增大, 结晶前沿 率[2]. 但是, 在利用定向凝固法生长多晶硅锭时, 晶 溶质边界层内溶质的浓度梯度也会变大, 与这种溶 2 锭的中心区域常常发现晶粒尺寸小于 1 mm 的细晶 质梯度相对应的凝固点温度 Tm 将会降低. 我们知道, 区域, 其电学性能较差. 如何避免细晶的产生, 获得 晶体生长的驱动力是靠过冷度(及过饱和度)来提供 粗大均匀的结晶组织一直是生产多晶硅晶体追求的 的, 只有当Tm 与熔体真实温度T 差值ΔT T =− T C m [3~5] 目标 . 时, 即界面附近熔体的实际温度低于平衡温度, 熔体 多晶硅的晶粒形貌和尺寸, 很大程度上取决于 处于过冷状态, 晶体才会长大. 铸锭炉的热
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