下一代硅片技术和发展趋势要点.pptxVIP

下一代硅片技术和发展趋势 张辉 － 清华大学工程物理系 郑丽丽 – 清华大学航天航空学院 第七届中国太阳级硅及光伏发电研讨会（CSPV7） 2011年7月4-6日 第一代铸锭技术 硅液在坩埚或无坩埚状态下凝固。热流从侧面和底部同时流出。晶向中间部分垂直向上，边部水平或偏垂直方向。界面不可控。Solarex曾是最大太阳能硅公司，后被bp收购变为bp solar 美国，去年关闭。 EMC硅片可以制成高效电池，如京瓷可以把EMC电池效率做到18.5%（背电池工艺） 美国GT DSS450HP/DSS650（G5） 德国ALD SCU450/SCU800 绍兴精功JJL500/JJL660/JJL800（G6） 北京京运通 JZ460/JZ660（G6） 第二代铸锭技术 法国Cyberstar650/800 硅铸锭：工艺实现（JJL500为例） 原理: 移动下绝热板，通过开口与冷壁热交换 通过增大开口或降低加热器功率产生定向凝固 要求：界面平或微凸，液相温梯较大，液硅流动强（多晶铸锭），杂质少，应力低。 关键技术：温度梯度及凝固速度控制(TC1及开口工艺)、界面形状 (炉子设计)、成核或单晶控制(晶粒、晶相)、流动控制(碳污染) 各种硅铸锭 提隔热绒通过辐射降温凝固 DSS450/650，JZ460/660 通过内设冷源 进行冷却凝固没有运动部件 SCU450/800 降下挡板通过辐射降温凝固 JJL500/660/800 另外：欧美日厂家如REC（ALD改进型），Schott Solar （VGF），京瓷（VGF类型）都有专门设计的炉子，效果很好。 设计优点：炉子高度低，热冷区分开，顶部预留气路控制空间，底部可以做成核控制或进行单晶铸锭 设计优点：炉子小，热冷区分开，底部可以做成核控制或进行单晶铸锭 第二代多晶铸锭技术特点 第二代炉子的特点包括： 底部大热交换台（被动式的）。热流从底部排出。其中包括HEM方法，DSS方法，ALD方法。虽然设计不同，但理念大体一致。都是让侧面热流减小，底部热流增大。传统HEM通过底部通氩气冷却，DSS通过底部辐射换热，ALD通过底部水冷。都是被动冷却。 炉子分为上下两个区，上部加热（侧面或顶部或同时），底部冷却（通过开口进行水冷，可有下加热器） 上部气路控制，包括顶盖设计 控制系统基本上的工艺设定+加热器的温度或功率控制 SiO2+3C=SiC+2CO (坩埚护板及石墨件上沉积的SiO2） SiC + SiO2 = SiO + CO CO 被带回液面，分解并流动到界面 碳杂质或碳化硅被界面吞噬 向上的力 向下的力 碳杂质主要在化料阶段 生长区产生正压 外部气流需通畅 碳杂质原理 解决方法 硅铸锭热场优化(降碳) Ma, X., Zheng, L.L., Zhang, H., Zhao, B., Wang, C., Xu, F.H., 2010, “Thermal System Design and Optimization of an Industrial Silicon Directional Solidification Processes.” Journal of Crystal Growth, Vol. 318, pp. 288-292. 导致该区域流动制止 化料时（加热器器温度高） 长晶时（加热器温度低） 硅铸锭热场优化(降碳) 进口速度约为1cm/s, 远小于加热器产生的自然对流，这样需要很好的流场匹配，保证在化料和生长过程中，都能获得好的气流结构，把杂质带出腔体 准单晶铸锭起源（2008年结果） BP Solar单晶铸锭技术 - 转化效率接近单晶提拉锭：采用开炉化料保护籽晶（应该有能耗和时间问题） Casting Single Crystal Silicon: Novel Defect Profiles from BP Solars Mono2 ? STODDARD?Nathan ; BEI WU ; WITTING?Ian ; WAGENER?Magnus ; PARK?Yongkook ; ROZGONYI?George ; CLARK?Roger , Solid state phenomena?B1012-0394? Growth Rate: up to 20 kg/h Light elements concentrations: [C] = 4*1016 – 4*1017 atoms/cm3 [O] = 1 – 6*1017 atoms/cm3 [N] = 1*1015 atoms/cm3 Mono2 TM Screen Print Cell Process: Average Efficiency: 16.7% Highest Efficiency: 18.3% Pictu