半熔工艺对太阳能多晶硅硬质点的影响

王江宏 宗红梅

摘 要：太阳能多晶硅硅片存在的局部缺陷会对太阳能多晶电池的效率产生影响。目前来说，太阳能行业铸锭普遍采用的是定向凝固多晶硅锭铸锭法。其中，硅锭的硬质点不管是对硅片切割过程还是电池片效率均有很大的负面影响。经过实验研究分析，首先将10cm厚的Si颗粒作为引晶核，在坩埚底部铺一层，然后再按照全熔装料的结构将料装好，在铸锭工艺的熔化阶段通过石英棒测试熔化底部颗粒的厚度来控制。通过此种半熔工艺主要控制中心区域未熔化，使底部硅液在过冷时快速形成晶核，保证边角及中心区域温度下降的一致性，从而保证底部多晶晶花均匀，减少位错，降低晶体缺陷。

关键词：半熔工艺；硬质点；铸造多晶硅；缺陷

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

0 引言

在新型清洁能源领域里，太阳能电池行业占有一席之地。太阳能产业的重要原料之一便是太阳能多晶硅锭。多晶硅锭的生产过程能耗大。因此，铸锭工艺的优劣直接影响着电池片的转换效率和制造成本。

硬质点作为多晶硅锭的一个致命缺陷，会导致多晶硅锭切片异常以及电池片效率异常。通过工艺优化是降低生产成本有力且直接的手段。

本文采用的是半熔工艺，在坩埚底部铺上一层10cm的引晶核，按照全熔装料要求装好料准备铸锭。在铸锭熔化阶段时，通过石英棒测试熔化料的底部厚度来控制中心区域未熔化硅料的厚度，使底部硅液在过冷时快速形成晶核，保证边角及中心区域温度下降的一致性。这样可使坩埚底部的晶花均匀一致，使得硅锭的缺陷降低，位错减少，从而提高了成品率。

1 实验过程

1.1 主要设备与仪器

本文采用的是多晶铸锭炉为京运通G6铸锭炉，加热方式为顶侧加热，共5面。本次实验流程为铸锭，开方，红外探伤检测，所使用设备明细如下表1。

1.2 实验过程

本实验采用京运通G6铸锭炉，统一采用750kg投料量，统一装料方式。第一组实验改变顶侧比系数，第二组改变半熔留底厚度，分析两组实验对硬质点的影响。

2 实验结果与分析

2.1 不同顶侧比系数实验

2.1.1 不同顶侧比系数准备

第一次实验，顶侧比系数为0.6，制备得实验锭1。实验锭开方后得36個小锭，按照要求对顶底少子寿命不合格的区域进行划线切断，然后进行探伤。计算硬质点数量。同理，依次对顶侧比系数为0.75，0.8，0.95分别制备实验锭，依次标注为实验锭2，实验锭3，实验锭4。同实验锭1加工方法一样进行加工后探伤，计算硬质点数量。

2.1.2 不同顶侧比系数对应硅锭的硬质点占比

由图1可以看出随着，顶侧比系数的提高，铸锭产品中硬质点的含量明显提高。顶侧比系数为0.95时，硬质点含量超过了11%，大约是顶侧比系数为0.6时硬质点含量的4倍。顶部功率太高，会导致温差梯度变小，从而不利于杂质的沉降排除，故而会产生很多硬质点。

2.2 不同半熔留底厚度实验

2.2.1 不同半熔留底厚度

第一次实验，半熔留底厚度为11mm，制备得实验锭1。实验锭开方后得36个小锭，按照要求对顶底少子寿命不合格的区域进行划线切断，然后进行探伤。计算硬质点数量。同理，依次对半熔留底厚度为13mm，15mm，18mm，20mm分别制备实验锭，依次标注为实验锭2，实验锭3，实验锭4，实验锭5。同实验锭1加工方法一样进行加工后探伤，计算硬质点数量。

2.2.2 不同半熔留底厚度对应硅锭的硬质点占比

图2为半熔留底厚度对产品硬质点的影响曲线，半熔留底厚度会对产品质量产生较大的影响。太厚容易造成原料浪费，增加生产成本，而且Si3N4涂层挥发到硅液中形成硬质点；太薄，Si3N4容易挥发，导致涂层破坏，引起粘埚和晶裂。

从图2可以看出，随着底料厚度从11mm增加到20mm，所得铸锭产品硬质点含量先降低后增加，在厚度为15mm时所得产品拥有较低的硬质点含量，大约为0.5%。

3 结论

（1）随着顶侧比系数的提高，硬质点含量有明显的提高趋势，选择较低的顶侧比系数对生产是有利的。

（2）随着底料厚度从11mm增加到20mm，所得铸锭产品硬质点含量先降低后增加，在厚度为15mm时所得产品拥有较低的硬质点含量，大约为0.5%。

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