[科普中國(guó)]-準(zhǔn)方單晶硅片

簡(jiǎn)介

準(zhǔn)方單晶硅片是指通過準(zhǔn)單晶鑄錠法生產(chǎn)方形單晶硅片。通過直拉法生產(chǎn)的單晶硅棒為圓柱形，制作太陽(yáng)能電池片時(shí)需要將四周切掉，所有硅料利用率僅有50%左右，而準(zhǔn)單晶鑄錠法生產(chǎn)的方形單晶硅錠為方形，所以硅料利用率可以提升至65%。1

準(zhǔn)單晶的特征準(zhǔn)單晶也稱為鑄造單晶硅，是通過鑄錠的方法獲得外觀和電學(xué)性能均類似于單晶硅的晶體硅。簡(jiǎn)言之，準(zhǔn)單晶技術(shù)就是用多晶硅的成本生產(chǎn)出單晶硅的技術(shù)。一般對(duì)鑄造單晶硅的要求是在一定尺寸的硅片上，單個(gè)晶粒面積大于硅片面積的50%。這種硅片的晶界數(shù)量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的鑄造多晶硅片。2

優(yōu)勢(shì)多晶硅中存在大量的晶界和位錯(cuò)。晶界是晶粒間的過渡區(qū)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原子呈無(wú)序排列，并存在不完全鍵合原子，產(chǎn)生大量的懸掛鍵，形成界面態(tài)，有很大的復(fù)合性，特別是被金屬雜質(zhì)玷污后其復(fù)合強(qiáng)度會(huì)提高，大大降低了多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。3同時(shí)由于多晶硅是由許多晶向不同的晶粒組成，因而制絨后不能形成“金字塔”形貌，這也嚴(yán)重影響其光伏性能。相對(duì)于多晶硅來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)單晶的優(yōu)點(diǎn)在于晶界更少，制絨后可形成“金字塔”形貌，并很大程度地降低了位錯(cuò)密度，從而提高了少子壽命，提高了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。

圖1是鑄造多晶硅與準(zhǔn)單晶外觀形貌的對(duì)比，圖1a中的多晶硅晶片存在大量晶界，而圖1b中的鑄造單晶硅晶片中晶界數(shù)量明顯減少，只是在邊緣處有少量的晶界。圖2為化學(xué)腐蝕后的鑄造多晶硅與準(zhǔn)單晶的外觀形貌?；瘜W(xué)腐蝕是顯示硅中位錯(cuò)常用的方法。缺陷附近原子排列無(wú)序、晶格畸變、應(yīng)力比較大，化學(xué)腐蝕在這些地方的作用比較強(qiáng)烈，形成對(duì)應(yīng)的腐蝕坑?？梢钥闯觯瑐鹘y(tǒng)鑄造多晶硅顯現(xiàn)出大量位錯(cuò)坑，而準(zhǔn)單晶中大面積區(qū)域內(nèi)位錯(cuò)坑很少，近乎為無(wú)位錯(cuò)。

鑄造方法根據(jù)目前的報(bào)道，準(zhǔn)單晶的鑄造方法主要有兩種:一種是有籽晶的方法;另一種是無(wú)籽晶的方法。有籽晶的鑄錠方法是先把籽晶、硅料及摻雜元素放置在同一坩堝中，籽晶位于坩堝底部。然后加熱融化硅料，并且保持籽晶不被完全融化。最后控制降溫，調(diào)節(jié)固液相的溫度梯度，確保單晶從籽晶位置開始生長(zhǎng)。目前量產(chǎn)的鑄錠準(zhǔn)單晶技術(shù)主要為有籽晶的鑄錠。無(wú)籽晶鑄錠方法和多晶硅鑄錠基本相同。其重點(diǎn)是精密控制定向凝固時(shí)的溫度梯度和晶體生長(zhǎng)速度以此來(lái)提高多晶晶粒的尺寸大小，形成準(zhǔn)單晶。無(wú)籽晶鑄錠工藝對(duì)晶核初期成長(zhǎng)控制過程要求很高。因?yàn)樾枰刂频膮?shù)太多，無(wú)籽晶鑄錠工藝顯得尤為困難。4

技術(shù)難點(diǎn)和存在的問題在目前的生產(chǎn)工藝中需要注意的主要問題有：(1)精確控制熔化程度。這一環(huán)節(jié)非常難以掌控，但它是是否能夠穩(wěn)定生產(chǎn)的決定性因素；(2)合理控制邊角多晶。由于受鑄錠爐內(nèi)溫度分布、雜質(zhì)等多種因素的影響，采用鑄造的方法生產(chǎn)單晶硅邊角處會(huì)出現(xiàn)多晶，要有效合理控制邊角處多晶的比例；(3)嚴(yán)格控制位錯(cuò)密度。準(zhǔn)單晶的位錯(cuò)密度雖低于鑄造多晶硅，但仍高于直拉單晶硅。位錯(cuò)密度對(duì)轉(zhuǎn)換效率影響巨大，在生產(chǎn)過程中把位錯(cuò)密度控制到最低是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵；(4)采用鑄錠方法所生產(chǎn)的單晶硅中存在一些硅片，表面看似一個(gè)大晶粒，而制絨后會(huì)出現(xiàn)大量晶界，有些廠家稱之為亞晶界。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因尚不確定，目前有專家推測(cè)為在長(zhǎng)晶過程中引入微小夾雜物所致，需要在生產(chǎn)過程中引起高度重視。2