半熔工藝對太陽能多晶硅硬質點的影響

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生影響。目前來說，太陽能行業鑄錠普遍采用的是定向凝固多晶硅錠鑄錠法。其中，硅錠的硬質點不管是對硅片切割過程還是電池片效率均有很大的負面影響。經過實驗研究分析，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構將料裝好，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。

關鍵詞：半熔工藝；硬質點；鑄造多晶硅；缺陷

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

0 引言

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

硬質點作為多晶硅錠的一個致命缺陷，會導致多晶硅錠切片異常以及電池片效率異常。通過工藝優化是降低生產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 實驗過程

1.1 主要設備與儀器

本文采用的是多晶鑄錠爐為京運通G6鑄錠爐，加熱方式為頂側加熱，共5面。本次實驗流程為鑄錠，開方，紅外探傷檢測，所使用設備明細如下表1。

1.2 實驗過程

本實驗采用京運通G6鑄錠爐，統一采用750kg投料量，統一裝料方式。第一組實驗改變頂側比系數，第二組改變半熔留底厚度，分析兩組實驗對硬質點的影響。

2 實驗結果與分析

2.1 不同頂側比系數實驗

2.1.1 不同頂側比系數準備

第一次實驗，頂側比系數為0.6，制備得實驗錠1。實驗錠開方后得36個小錠，按照要求對頂底少子壽命不合格的區域進行劃線切斷，然后進行探傷。計算硬質點數量。同理，依次對頂側比系數為0.75，0.8，0.95分別制備實驗錠，依次標注為實驗錠2，實驗錠3，實驗錠4。同實驗錠1加工方法一樣進行加工后探傷，計算硬質點數量。

2.1.2 不同頂側比系數對應硅錠的硬質點占比

由圖1可以看出隨著，頂側比系數的提高，鑄錠產品中硬質點的含量明顯提高。頂側比系數為0.95時，硬質點含量超過了11%，大約是頂側比系數為0.6時硬質點含量的4倍。頂部功率太高，會導致溫差梯度變小，從而不利于雜質的沉降排除，故而會產生很多硬質點。

2.2 不同半熔留底厚度實驗

2.2.1 不同半熔留底厚度

第一次實驗，半熔留底厚度為11mm，制備得實驗錠1。實驗錠開方后得36個小錠，按照要求對頂底少子壽命不合格的區域進行劃線切斷，然后進行探傷。計算硬質點數量。同理，依次對半熔留底厚度為13mm，15mm，18mm，20mm分別制備實驗錠，依次標注為實驗錠2，實驗錠3，實驗錠4，實驗錠5。同實驗錠1加工方法一樣進行加工后探傷，計算硬質點數量。

2.2.2 不同半熔留底厚度對應硅錠的硬質點占比

圖2為半熔留底厚度對產品硬質點的影響曲線，半熔留底厚度會對產品質量產生較大的影響。太厚容易造成原料浪費，增加生產成本，而且Si3N4涂層揮發到硅液中形成硬質點；太薄，Si3N4容易揮發，導致涂層破壞，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，所得鑄錠產品硬質點含量先降低后增加，在厚度為15mm時所得產品擁有較低的硬質點含量，大約為0.5%。

3 結論

（1）隨著頂側比系數的提高，硬質點含量有明顯的提高趨勢，選擇較低的頂側比系數對生產是有利的。

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

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