半熔工藝對太陽能多晶硅硬質(zhì)點(diǎn)的影響

王江宏 宗紅梅

摘 要：太陽能多晶硅硅片存在的局部缺陷會對太陽能多晶電池的效率產(chǎn)生影響。目前來說，太陽能行業(yè)鑄錠普遍采用的是定向凝固多晶硅錠鑄錠法。其中，硅錠的硬質(zhì)點(diǎn)不管是對硅片切割過程還是電池片效率均有很大的負(fù)面影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究分析，首先將10cm厚的Si顆粒作為引晶核，在坩堝底部鋪一層，然后再按照全熔裝料的結(jié)構(gòu)將料裝好，在鑄錠工藝的熔化階段通過石英棒測試熔化底部顆粒的厚度來控制。通過此種半熔工藝主要控制中心區(qū)域未熔化，使底部硅液在過冷時快速形成晶核，保證邊角及中心區(qū)域溫度下降的一致性，從而保證底部多晶晶花均勻，減少位錯，降低晶體缺陷。

關(guān)鍵詞：半熔工藝；硬質(zhì)點(diǎn)；鑄造多晶硅；缺陷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.026

0 引言

在新型清潔能源領(lǐng)域里，太陽能電池行業(yè)占有一席之地。太陽能產(chǎn)業(yè)的重要原料之一便是太陽能多晶硅錠。多晶硅錠的生產(chǎn)過程能耗大。因此，鑄錠工藝的優(yōu)劣直接影響著電池片的轉(zhuǎn)換效率和制造成本。

硬質(zhì)點(diǎn)作為多晶硅錠的一個致命缺陷，會導(dǎo)致多晶硅錠切片異常以及電池片效率異常。通過工藝優(yōu)化是降低生產(chǎn)成本有力且直接的手段。

本文采用的是半熔工藝，在坩堝底部鋪上一層10cm的引晶核，按照全熔裝料要求裝好料準(zhǔn)備鑄錠。在鑄錠熔化階段時，通過石英棒測試熔化料的底部厚度來控制中心區(qū)域未熔化硅料的厚度，使底部硅液在過冷時快速形成晶核，保證邊角及中心區(qū)域溫度下降的一致性。這樣可使坩堝底部的晶花均勻一致，使得硅錠的缺陷降低，位錯減少，從而提高了成品率。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要設(shè)備與儀器

本文采用的是多晶鑄錠爐為京運(yùn)通G6鑄錠爐，加熱方式為頂側(cè)加熱，共5面。本次實(shí)驗(yàn)流程為鑄錠，開方，紅外探傷檢測，所使用設(shè)備明細(xì)如下表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)采用京運(yùn)通G6鑄錠爐，統(tǒng)一采用750kg投料量，統(tǒng)一裝料方式。第一組實(shí)驗(yàn)改變頂側(cè)比系數(shù)，第二組改變半熔留底厚度，分析兩組實(shí)驗(yàn)對硬質(zhì)點(diǎn)的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同頂側(cè)比系數(shù)實(shí)驗(yàn)

2.1.1 不同頂側(cè)比系數(shù)準(zhǔn)備

第一次實(shí)驗(yàn)，頂側(cè)比系數(shù)為0.6，制備得實(shí)驗(yàn)錠1。實(shí)驗(yàn)錠開方后得36個小錠，按照要求對頂?shù)咨僮訅勖缓细竦膮^(qū)域進(jìn)行劃線切斷，然后進(jìn)行探傷。計(jì)算硬質(zhì)點(diǎn)數(shù)量。同理，依次對頂側(cè)比系數(shù)為0.75，0.8，0.95分別制備實(shí)驗(yàn)錠，依次標(biāo)注為實(shí)驗(yàn)錠2，實(shí)驗(yàn)錠3，實(shí)驗(yàn)錠4。同實(shí)驗(yàn)錠1加工方法一樣進(jìn)行加工后探傷，計(jì)算硬質(zhì)點(diǎn)數(shù)量。

2.1.2 不同頂側(cè)比系數(shù)對應(yīng)硅錠的硬質(zhì)點(diǎn)占比

由圖1可以看出隨著，頂側(cè)比系數(shù)的提高，鑄錠產(chǎn)品中硬質(zhì)點(diǎn)的含量明顯提高。頂側(cè)比系數(shù)為0.95時，硬質(zhì)點(diǎn)含量超過了11%，大約是頂側(cè)比系數(shù)為0.6時硬質(zhì)點(diǎn)含量的4倍。頂部功率太高，會導(dǎo)致溫差梯度變小，從而不利于雜質(zhì)的沉降排除，故而會產(chǎn)生很多硬質(zhì)點(diǎn)。

2.2 不同半熔留底厚度實(shí)驗(yàn)

2.2.1 不同半熔留底厚度

第一次實(shí)驗(yàn)，半熔留底厚度為11mm，制備得實(shí)驗(yàn)錠1。實(shí)驗(yàn)錠開方后得36個小錠，按照要求對頂?shù)咨僮訅勖缓细竦膮^(qū)域進(jìn)行劃線切斷，然后進(jìn)行探傷。計(jì)算硬質(zhì)點(diǎn)數(shù)量。同理，依次對半熔留底厚度為13mm，15mm，18mm，20mm分別制備實(shí)驗(yàn)錠，依次標(biāo)注為實(shí)驗(yàn)錠2，實(shí)驗(yàn)錠3，實(shí)驗(yàn)錠4，實(shí)驗(yàn)錠5。同實(shí)驗(yàn)錠1加工方法一樣進(jìn)行加工后探傷，計(jì)算硬質(zhì)點(diǎn)數(shù)量。

2.2.2 不同半熔留底厚度對應(yīng)硅錠的硬質(zhì)點(diǎn)占比

圖2為半熔留底厚度對產(chǎn)品硬質(zhì)點(diǎn)的影響曲線，半熔留底厚度會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。太厚容易造成原料浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本，而且Si3N4涂層揮發(fā)到硅液中形成硬質(zhì)點(diǎn)；太薄，Si3N4容易揮發(fā)，導(dǎo)致涂層破壞，引起粘堝和晶裂。

從圖2可以看出，隨著底料厚度從11mm增加到20mm，所得鑄錠產(chǎn)品硬質(zhì)點(diǎn)含量先降低后增加，在厚度為15mm時所得產(chǎn)品擁有較低的硬質(zhì)點(diǎn)含量，大約為0.5%。

3 結(jié)論

（1）隨著頂側(cè)比系數(shù)的提高，硬質(zhì)點(diǎn)含量有明顯的提高趨勢，選擇較低的頂側(cè)比系數(shù)對生產(chǎn)是有利的。

（2）隨著底料厚度從11mm增加到20mm，所得鑄錠產(chǎn)品硬質(zhì)點(diǎn)含量先降低后增加，在厚度為15mm時所得產(chǎn)品擁有較低的硬質(zhì)點(diǎn)含量，大約為0.5%。

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