文档介绍：河南科技大学毕业设计(论文):我们所研究的是,在太阳能级铸造多晶硅定形凝固过程中,坩埚旋转对氧在晶体中的浓度分布的影响。当坩埚旋转速率增加时,氧在熔体中的浓度会增加。坩埚旋转速率增加时,氧在晶体径向分布不均匀。这是由于坩埚旋转造成氧的扩散受到抑制。所以,氧浓度从坩埚壁到熔体中心逐渐减小。我们发现,在定向凝固过程中坩埚转速设置为1rpm(转每分)时,在整个硅锭中的径向方向氧浓度较小。关键词:定向凝固,杂质,硅半导体,太阳能电池一、引言光伏产业目前发展很快[1]。在目前所有光伏材料中,铸造多晶硅的市场份额超过50%。多晶硅是一种重要的低成本的太阳能材料,在硅晶中存在很多杂质,如氧、氮、碳和铁。氧的存在会生成二氧化硅沉淀[2],位错[3],层错[4]等缺陷,这些缺陷会降低太阳能电池的转化效率。研究已经表明,硅中的硼和氧会形成硼氧复合物,硼氧复合物会作为一种光导复合中心,从而降低对光的利用率,降低太阳能电池转化效率[5]。所以控制硅锭中的氧浓度是提高太阳能电池转化率的关键部分。在这项研究中,我们研究了在太阳能级铸造多晶硅定向凝固过程中,坩埚旋转速率对氧浓度分布的影响。二、氧转移正如大家所知,硅熔体中的氧来自石英坩埚,并且在硅熔体中是通过对河南科技大学毕业设计(论文)2流和熔体表面蒸发来转移的[6]。研究已经表明,可以通过提拉法改变对流方式控制熔体中氧的浓度[7][8]。氧在熔体中转移通过对流和扩散两种方式。对流对氧在熔体和晶体中的分布起到重要作用[8][9]。研究已经表明,坩埚旋转可以抑制氧在熔体中对流。这种抑制熔体流动现象可以用以下动量方程(Navier–Stokes)[9]方程来计算:公式(1)其中u,Ω,R和K代表流速,坩埚旋转速度,位置和沿生长方向单位向量,分别如图(1)所示。ρ,β,g,p,μ和T分别是密度,硅熔体的体积膨胀系数,重力加速度,压力,流体速率和温度。科氏力的产生是由于径向旋转速度与流体速度的耦合。式子(1)中的2(Ωk)×u表示科氏力是旋转速度矢量和流速乘积。这一用语,即所谓科里奥利加速度,可以转化如下:公式(2)其中i和j分别代表单位单位向量方向上的径向分量和方位组成。U1,U2,U3分别代表径向速度,角速度,生长方向速度,分别如图(1)所示。因此,对熔体流动的径向速度有一个负号,角速度有一个正号。因此,熔体流动的径向速度随坩埚旋转速度增加而下降,角速度随坩埚旋转速度增加而增加。所以,当坩埚旋转速度增加是径向速度会变小。图1定向凝固过程中的柱面坐标在熔体中,对流对氧转移的贡献大于扩散对氧转移的贡献。因此,当熔体速度降低时,对流所转移的氧也会变少。在定向凝固坩埚旋转过程中,小的熔体速度会使氧分布不均匀。3、实验过程用傅立叶变换红外光谱测定定向凝固法生成的多晶硅锭中的氧浓度分布(FTIR)。在目前多晶硅研究中,使用下面这种实验方法的人逐渐增加[11]。在目前的试验中多采用品级较低的硅。长晶过程中参杂的稼载流子浓度约为1016cm?3。石英坩埚上有Si3N4涂层,这可以防止硅锭粘锅。硅原料加热到1550°C,并保温熔化两个小时。熔化结束后,降低加热器功率使加热器中心温度保持1450°C,并保持加热器这个功率一小时,然后开始长晶。使加热河南科技大学毕业设