多晶硅锭的制备及其形貌组织的研究.pdf

第 卷 第 期 稀 有 金 属 26 6 年 月 2002 11 Vol . 26 . 6 N NAL A TAL Nom 2002 ═══════════════════════════════════════════════════════════════ 多晶硅锭的制备及其形貌组织的研究* * 刘秋娣 ，林安中，林喜斌 （北京有色金属研究总院有研硅股，北京 100088） 摘要：研究了采用定向凝固法制备多晶硅锭的凝固速率与表面形貌、晶粒尺寸以及显微组织缺陷的关系。找出了晶锭不出现细晶的临界生长 速度，并对固液界面形状进行了探讨。多晶硅锭的制备工艺主要包括定向凝固法及浇铸法。采用定向凝固法制备多晶硅锭，通过改变降埚速 率控制晶体生长速度，进而找出晶粒大小与降埚速率的关系；同时通过改变石英坩埚、石墨托厚度，冷源半径等几何参数来达到控制固-液界 面形状的目的。 关键词：定向凝固；多晶硅锭；显微缺陷 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） TN304 . 1 A 0258 - 7076 2002 06 - 04 16 - 04 随着环保的深入开展，绿色无污染能源的研 1 实 验 究、开发越来越受到社会所瞩目。太阳电池作为一 多晶硅锭制备的实验装置示意于图 。装一定 种清洁、无污染能源，其重要性毋庸置疑。而目前 1 在产业领域占绝对优势的是晶体硅太阳电池，晶 量的多晶硅头尾料于坩埚中，再把坩埚放于烧结 体硅太阳电池又分为单晶和多晶两大类。多晶电 炉中，进行保护气氛下的升温、保温熔化、降埚冷 池以其相对低廉的成本在国际上占有越来越大的 却凝固的整个过程，熔融后的硅料采用石英棒跟 ［］ 市场份额 1 。多晶电池的主要不足之处是转换效 踪探测固-液界面的移动情况。铸锭过程采用热偶 控温，为准确控温，采用铂铑 铂热偶，其放置位置 率较低，要提高其转换效率，需综合考虑基片的质 - 量及其后续电池制备工艺。本文注重于考虑基片 也非常重要，需放在温度变化反应灵敏的部位，高 的质量，而基片的质量又取决于锭的材质；所以从 温区放一支，结晶区放一支。整个炉室采用氩气保 护，控制气氛流量为 · - 1 。起初采用大功率 多晶硅锭的制备着手探讨其对材质的影响。 10 L min 加热，可使炉室温度迅速达到硅的熔点以上。同时 多晶硅锭的制备工艺主要包括定向凝固法及 考虑到所用热源———石墨加热器的加热效果不是 浇铸法。定向凝固法是将硅料放在坩埚中熔融，然 很好，为保证硅料充分熔融，要过温，大概到 1500 后将坩埚从热场逐渐下降或从坩埚底部通冷源， ℃ 即可进行保温，保温时间以熔透硅料为标准。之