文档介绍：第二节硅片制备中的热工设备 --单晶炉和多晶硅铸锭炉
一、单晶炉
目前在所有安装的太阳电池中,超过90%以上的是晶体硅太阳电池,因此位于产业链前端的硅锭/片的生产对整个太阳电池产业有着很重要的作用。
太阳电池硅锭主要有单晶硅锭和多晶硅锭,这两种硅锭。
单晶硅做成的电池效率高,但硅锭生产效率低,能耗大;
多晶硅电池效率比单晶硅低一些,但硅锭生产效率高,在规模化生产上较有优势。
目前国际上以多晶硅硅锭生产为主,而国内由于人工成本低,国产单晶炉价格低,因此国内单晶硅硅锭的产能比多晶硅大得多。
切克劳斯基法(Czochralsik: CZ 法)
1917年由切克斯基建立的一种晶体生长方法
现成为制备单晶硅的主要方法。
把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚,在硅单晶炉内熔化;然后用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔体表面,待籽晶与熔体熔和后,慢慢向上拉籽晶,晶体便在籽晶下端生长。 CZ 法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法,又称直拉法
1 太阳电池单晶硅锭生产技术
直拉单晶炉及其基本原理
多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化,待温度合适后,经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩等径、收尾等步骤,完成一根单晶硅锭的拉制。
炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生长成的单晶的质量。
拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率,炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。
优缺点
直拉法设备和工艺比较简单,容易实现自动控制;生产效率高,易于制备大直径单晶;容易控制单晶中杂质浓度,可以制备低阻单晶。
但用此法制单晶硅时,原料易被坩埚污染,硅单晶纯度降低,拉制的硅单晶电阻率大于50欧姆·厘米,质量很难控制。
(区熔法或 FZ 法)
悬浮区熔法比直拉法出现晚,W·G·Pfann 1952年提出,P·H·keck等人1953年用来提纯半导体硅。
悬浮区熔法是将多晶硅棒用卡具卡住上端,下端对准籽晶,高频电流通过线圈与多晶硅棒耦合,产生涡流,使多晶棒部分熔化,接好籽晶,自下而上使硅棒熔化和进行单晶生长,用此法制得的硅单晶叫区熔单晶。
(EFG法)
片状单晶生长法是近几年发展的一种单晶生长技术。将多晶硅放入石英坩埚中,经石墨加热器加热熔化,将用石墨或者石英制成的有狭缝的模具浸在熔硅中,熔硅依靠毛细管作用,沿狭缝升到模具表面和籽晶融合,用很快的速度拉出。生长片状单晶拉速可达50毫米/分。
片状单晶生长法现在多采用横向拉制。将有一平缺口的石英坩埚装满熔硅,用片状籽晶在坩埚出口处横向引晶,快速拉出片状单晶。片状单晶横向拉制时结晶性能好,生产连续,拉速快,可达20厘米/分
片状单晶表面完整,不须加工或少许加工就可制做器件;省掉部分切磨抛工艺,大大提高了材料的利用率。
片状单晶拉制工艺技术高,难度大,温度控制非常精确,片状单晶工艺技术目前处于研究阶段。
气相生长法
气相法生长单晶和三***氢硅氢还原生长多晶相似。在适当温度下,三***氢硅和氢气作用,在单晶籽晶上逐渐生长出单晶。气相生长法工艺流程简单,污染少,单晶纯度较高,但是生长速度慢,周期长,生长条件不易控制,生长的单晶质量较差。
铸锭法
用铸锭法生长单晶是国外近几年发展的一种生长硅单晶方法。它象金铸锭一样生长硅单晶,此法生长硅单晶虽然工艺程流程简单,生长速度快,成本低,但是生长单晶质量差。一般用于制造太阳能电池器件。