利用蜂窝状涂层材料制备高效多晶硅锭

在石英坩埚制备氮化硅涂层过程中,通过对坩埚底部使用特殊的喷涂工艺,制备具有蜂窝状形貌的涂层作为多晶硅生长的形核点,生长出晶粒均匀的高效多晶硅锭。相比依靠同质籽晶形核的半熔有籽晶高效多晶硅铸锭技术,蜂窝状涂层材料制备高效多晶硅锭的方法具有无需保留籽晶、硅锭底部红区较短等优势;但其晶粒均匀度略差,位错密度相对较高,制作的太阳电池的平均转换效率比半熔有籽晶高效多晶硅锭制作的太阳电池的平均转换效率低约0.03%。

石英坩埚内高纯隔离层在高效多晶硅铸锭中的应用

多晶硅铸锭过程中,石英坩埚侧壁中的杂质通过固相扩散进入并残留在多晶硅锭的边部,形成多晶硅锭边部的低少子寿命区(边部红区)。本文通过在坩埚侧壁上制作三种不同成分的高纯隔离层来阻挡坩埚侧壁中的杂质向硅锭中的扩散,以降低硅锭中的边部红区比例。结果表明采用掺钡高纯隔离层可以使硅锭中的边部红区显著变窄,基本消除硅方中的边部红区。

局部氮化硅包覆颗粒在高效多晶硅铸锭中的应用

降低多晶硅晶体中的位错密度,可以提高多晶硅电池的性能,目前多采用异质形核的方法来生长柱状晶粒,以降低晶体中的位错密度,但是目前普遍采用的以SiO_2颗粒作为异质形核点的方法容易导致硅锭底部和坩埚粘连,并导致硅锭中间隙氧(O_i)含量升高。该文通过制备局部氮化硅包覆的SiC-Si O_2复合颗粒(PCP)作为异质形核点来生长柱状晶粒。结果显示采用适当粒径(300~500μm)的PCP具有较好的引晶效果,且对应硅锭的O_i含量显著降低。

籽晶粒径分布对高效多晶硅晶体生长的影响

采用不同粒径分布的单晶籽晶进行高效多晶硅铸锭,结果表明单晶籽晶的粒径分布对引晶效果影响显著。籽晶粒径在1~4mm范围时,引晶效果最佳;粒径大于4mm时,硅熔体流延现象的存在导致长晶初期晶体中位错密度偏高,少子寿命降低;粒径小于1mm时,细小的形核点也会影响晶体中的位错密度和少子寿命。对应电池片效率的结果也验证了该结论。

高效多晶硅中Σ3晶界复合活性的研究

多晶硅作为一种基础的光伏材料,近年来受到诸多关注。多晶硅中存在着许多缺陷如位错、晶界等,不利于多晶硅太阳能电池的转换效率。而且并非所有多晶硅中的晶界都形成深的复合中心,阻碍载流子的扩散。采用电子束诱生电流(Electron Beam-Induced Current,EBIC)技术和电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)技术对商业化生产的原生高效多晶硅中的特殊晶界(CSL晶界)进行研究,探究它们的复合活性。结果表明,孪晶上的Σ3 (-1-11)晶界几乎没有复合活性,EBIC衬度在300K下为1.32%;而普通晶粒上的Σ3 (1-1-1)晶界表现出了复合特性,300K下的EBIC衬度为39.62%,并且随着温度的降低,出现了缓慢的下降,说明Σ3 (1-1-1)晶界处形成了深能级复合中心。

基于硅粉涂层技术的高效多晶硅锭研究

为降低多晶硅铸锭成本,需不断提高多晶硅锭质量和得材率。高效无籽晶全熔多晶硅锭具有较高得材率,但其质量偏差。基于全熔无籽晶铸锭技术,在喷涂氮化硅涂层的石英坩埚底部刷一层1~1.5 mm硅粉涂层作为多晶硅成核籽晶制备多晶硅铸锭。实验结果表明,硅粉成核晶粒细小且均匀性较好,位错密度较小,硅锭底部红区较短,电池平均转换效率比半熔有籽晶高效多晶硅锭制作的电池平均转换效率低0.03%。

隔热笼提升速度对高效多晶硅定向凝固的影响

在多晶硅锭生长过程中,通过控制铸锭炉内隔热笼提升速度,可以获得杂质较少、少子寿命较长的高效多晶硅锭。试验将隔热笼提升速度分别设置为:1、5和12 mm/h。采用数值分析软件计算了硅锭内部的温度分布,并理论分析了产生该现象的原因。结果表明:隔热笼提升速度设置为5 mm/h时,硅锭整体缺陷相对较少、绝大部分杂质富集在硅锭周围且少子寿命较长区域所占比例较大。

有籽晶与无籽晶高效多晶硅铸锭技术的对比及优化

通过模拟计算、EBSD晶向检测、在线PL检测及电池转换效率检测等方式,对比分析有籽晶与无籽晶高效多晶硅铸锭技术的差异,同时为有籽晶高效多晶硅铸锭技术的发展提供了方向。

基于DOE的半熔高效多晶硅铸锭工艺优化

针对半熔高效多晶铸锭工艺过程中存在的关键问题,通过DOE技术,研究了半熔高效多晶硅铸锭过程中设备、底部熔化温度和半熔跳步高度等工艺参数对铸锭得料率的影响,确定了因素的最佳水平组合及铸锭过程的最佳工艺参数。工艺优化结果经生产过程验证,能显著提高多晶硅锭铸锭得料率和电池转换效率,改善了晶体质量,降低了铸锭成本,对半熔高效多晶硅铸锭工艺生产过程具有可移植的指导意义。

氮化硅涂层改性石英颗粒辅助生长高效多晶硅

在坩埚底部铺设与硅熔体浸润性较好的石英颗粒辅助晶体生长可以生长出晶粒细小且分布均匀的柱状晶粒,从而提高了多晶硅电池的光电转换效率。研究了氮化硅涂层改性石英颗粒对多晶硅生长和脱模的影响。结果表明,氮化硅涂层改性石英颗粒辅助生长可以获得晶粒细小且分布均匀的柱状晶粒,从而降低多晶硅缺陷密度,提高多晶硅质量,同时实现石英颗粒与晶体硅之间的自发分离,避免多晶硅与石英颗粒间因粘结而产生的应力问题。

铝掺杂石英粉对多晶硅晶体生长的影响

多晶硅定向凝固铸锭技术生产的硅片是太阳能电池企业主要的原料之一,在多晶硅生长过程中,坩埚底部由于通过气冷降温,所以多晶硅从底部开始结晶。最靠近坩埚底部位置的多晶硅初期形核的质量将决定整个多晶硅晶体的质量。目前很多科研院所和多晶硅片生产企业将多晶硅形核作为研究的重点。从多晶硅形核物质的种类不同可以将形核物质分为以下几种类别:Si、SiO_(2)、Si_(3)N_(4)等,其中SiO_(2)形核由于热膨胀系数与硅相近,而且在诱导多晶硅形核过程中不易熔化,目前是大多数科研院所的研究重点。在SiO_(2)形核物中加入微量的Al粉,将SiO_(2)形核物用喷涂的方式沉积在铸锭坩埚底部,通过传统的铸锭工艺进行多晶硅晶体生长。实验数据表明,SiO_(2)形核物质中添加0.05%的Al粉,初期TC1生长温度设置为1520℃时,可以获得低位错密度的多晶硅晶体。制备成的太阳能电池的效率19%比传统未添加Al粉的SiO_(2)形核物所生产的太阳能电池片高0.3%。