最新多晶硅铸锭技术及设备ppt课件.ppt
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1、多晶硅铸锭技术及设备多晶硅铸锭技术及设备 一、前言 二、多晶硅锭的组织结构 三、定向凝固时硅中杂质的分凝 四、多晶硅锭定向凝固生长方法 五、热交换炉型 六、热交换法现行工艺讨论 七、坩埚设备 二、太阳电池多晶硅锭的组织结构多晶硅锭的柱状晶结构三、定向凝固时硅中杂质的分凝1、太阳电池硅锭的生长也是一个硅的提纯过程,是基于杂质的分凝效应进行的。如下图所示,一杂质浓度为C0的组分,当温度下降至T时,其固液界面处固相侧的杂质浓度为C*S。2、对一个杂质浓度非常小的平衡固液相系统 ,在液固界面处固相中的成分与在液相中的成分比值为一定,可表达为平衡分配系数 K=C*S/C*L 其中, C*L液固界面处液相
2、侧溶质浓度 C*S液固界面处固相侧溶质浓度 金属杂质在硅中平衡分配系数在10-410-8之间,B为0.8,P为0.35。三、定向凝固时硅中杂质的分凝3、实际生产中固液界面还存在一个溶质富集层,杂质的分配系数还与该富集层的厚度、杂质的扩散速度、硅液的对流强度及晶体生长速度均有关,引入有效分配系数K来表示: K =K/K+(1-K)exp(-R/DL) 式中:K 有效分配系数, K 平衡分配系数, R 生长速度cm/s, 溶质富集层厚度(固液界面的扩散层)cm (0.005-0.05), DL 扩散系数cm2/s R或趋近于0,K趋近于K时,最大程度提纯。 R趋近于,K趋近于1时,无提纯作用。三、
3、定向凝固时硅中杂质的分凝三、定向凝固时硅中杂质的分凝05101520963126162199210硅锭高度/生长方向(mm)杂质含量(ppm)FeAl金属杂质含量沿硅锭生长方向分布图三、定向凝固时硅中杂质的分凝四、多晶硅锭定向凝固生长方法实现多晶硅定向凝固生长的四种方法:1、布里曼法2、热交换法3、电磁铸锭法4、浇铸法1、布里曼法(Bridgeman Method)这是一种经典的较早的定向凝固方法。特点:坩埚和热源在凝固开始时作相对位移,分液相区和凝固区,液相区和凝固区用隔热板隔开。液固界面交界处的温度梯度必须0,即dT/dx0,温度梯度接近于常数。四、多晶硅锭定向凝固生长方法1、布里曼法(B
4、ridgeman Method)长晶速度受工作台下移速度及冷却水流量控制,长晶速度接近于常数,长晶速度可以调节。硅锭高度主要受设备及坩埚高度限制。生长速度约0.8-1.0mm/分。 缺点:炉子结构比热交换法复杂,坩埚需升降且下降速度必须平稳,其次坩埚底部需水冷。四、多晶硅锭定向凝固生长方法 坩埚 热源 硅液 隔热板 热开关 工作台 冷却水 固相 固液界面 液相 布里曼法示意图2、热交换法是目前国内生产厂家主要使用的一种炉型。特点:坩埚和热源在熔化及凝固整个过程中均无相对位移。一般在坩埚底部置一热开关,熔化时热开关关闭,起隔热作用;凝固开始时热开关打开,以增强坩埚底部散热强度。长晶速度受坩埚底部
5、散热强度控制,如用水冷,则受冷却水流量(及进出水温差)所控制。四、多晶硅锭定向凝固生长方法由于定向凝固只能是单方向热流(散热),径向(即坩埚侧向)不能散热,也即径向温度梯度趋于 0,而坩埚和热源又静止不动,因此随着凝固的进行,热源也即热场温度(大于熔点温度)会逐步向上推移,同时又必须保证无径向热流,所以温场的控制与调节难度要大。四、多晶硅锭定向凝固生长方法2、热交换法如简图所示,液固界面逐步向上推移,液固界面处温度梯度必须是正值,即大于0。但随着界面逐步向上推移,温度梯度逐步降低直至趋于0。从以上分析可知热交换法的长晶速度及温度梯度为变数。而且锭子高度受限制,要扩大容量只能是增加硅锭截面积。最
6、大优点是炉子结构简单。四、多晶硅锭定向凝固生长方法 热源 坩埚 液固界面 散热装置 HEM法示意图 固相液相四、多晶硅锭定向凝固生长方法实际生产所用结晶炉大都是采用热交换与布里曼相结合的技术。图为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉示意图。图中,工作台通冷却水,上置一个热开关,坩埚则位于热开关上。硅料熔融时,热开关关闭,结晶时打开,将坩埚底部的热量通过工作台内的冷却水带走,形成温度梯度。同时坩埚工作台缓慢下降,使凝固好的硅锭离开加热区,维持固液界面有一个比较稳定的温度梯度,在这个过程中,要求工作台下降非常平稳,以保证获得平面前沿定向凝固。四、多晶硅锭定向凝固生长方法热交换法与布里曼法结合示意图
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