低温退火对多晶硅片强度的影响.ppt

低温退火对多晶硅片强度的影响 江西赛维LDK太阳能高科技有限公司 刘林艳 2013.11.08 1、引言 降低晶硅电池成本的一个重要方向是降低硅片厚度，但厚度降低带来的重要问题是其碎片率会增加。从而使得如何提高硅片的强度以降低硅片碎片率，这面的研究备受关注； 试验数据表明，低温退火且无保护气氛的情况下，硅片的强度和弯曲度都有所提高，在生产上具有可行性； 2、实验方法 材料选取 3组姊妹片 头尾样片 工艺处理 一组硅片和样片都进行450℃退火60min，退火采取空气气氛下热进热出，快冷的方式。 另一组硅片进行了常规电池工艺的酸制绒处理。 测试 FTIR测量样片前后间隙氧含量； μ-PCD测量退火前后硅片间隙铁含量； PL测量退火前后硅片的PL强度； 强度测试仪测量退火前后，制绒前后硅片的破碎力和最大变形量。 强度测试仪 3、实验结果 相比于裸片，退火后硅片的破碎力明显增大； 制绒后硅片的破碎力有一点点增加，但幅度甚微（制绒后厚度减少对破碎力会有一点影响）。 相比于裸片，退火后硅片的变形量明显增大；与前面不同，退火制绒片的变形量也明显增加，且分布相对集中。 4、分析与推论 硅片的杂质、应力和表面状态是影响硅片机械强度的三大因素。 ① 杂质的分布与形态 ② 残余应力 ③ 表面损伤层 杂质 4、分析与推论 退火后，头尾样片的氧含量都有所增加，但幅度甚微； 硅块在退火过程中氧二聚体O2i的分解、碳氧复合体的分解或氧沉淀的消融都有可能导致这种情况的产生。 本实验中认为氧对退火后的强度的影响不大。 退火后，间隙铁含量有少量减少， 950度 1200度 图:位错滑移距离与时间关系 [8] 李东升.博士学位论文.浙江大学.2001. 不同热处理温度下，NCZ硅片的位错滑移距离降低。 快冷情况下，由于时间短暂，铁还来不及长距离扩散，铁沉淀形核在较低的温度，过饱和度较大，所以形成了高密度但体积较小的铁沉淀，主要在晶界上偏聚。 推测铁沉淀在晶界上的偏聚，在一定程度上增强了晶界对裂纹的阻碍，从而增强了硅片的强度和弯曲度 [12] Pickett M D, Buonassisi T. Appl Phys Lett, 2008, 92: 122103 (a) 退火前 (b) 退火后 (b) 退火后 晶界的变化 4、分析与推论 PL强度整体增加， 晶界衬度降低， 位错对应的黑色区域颜色变淡。 [[7] V.A. Popovich, A. Yunus, et al. 25th EPSEC, Valencia, 2010, pp.2631-2636 10] V.A. Popovich, J.M. Westra et al., PVSC, Seattle, 2011, pp.1668-1673 拉曼应力测试显示晶界处的残余应力比晶粒内的高50~70Mpa； 强度测试结果显示，小晶粒硅片的强度比大晶粒的低； 晶界可能是多晶硅片强度的最弱源。 4、分析与推论 氧化层？ 进行试验验证：一组进行先制绒后退火处理，另一组进行先退火后制绒处理，测量了两组的破碎力和最大变形量； 正常制绒片的最大变形量比退火后制绒片低，除掉损伤层的作用，退火有一定影响； 但这两组破碎力和最大变形量变化不大，证明无氧化层或氧化层对强度的影响不大。 4、结论 低温退火后，硅片的破碎力和变形量都明显增加。 样片的间隙氧含量变化不大， 头部间隙铁含量减少； PL强度增强，晶界衬底降低，位错区域变淡。 进一步分析推测间隙铁形成铁沉淀在晶界上偏聚，在一定程度上增强了晶界对裂纹的阻碍。另外，残余应力的消除，增强了晶界处的强度，从而是硅片表现出更好的强度和变形。 Thank you! 硅片的杂质、应力和表面状态是影响硅片机械强度的三大因素。 ① 杂质 低温热处理后，硅片晶界上杂质的作用，有可能增强晶界的复合强度从而增加硅片的强度，另杂质对位错的钉扎作用也有可能增强硅片的强度。 ② 晶界处的残余应力 会远大于晶粒内的应力，使得晶界为强度最弱源，残余应力的消除，可以进一步提升晶界处的强度，从而有效增强硅片的强度。 ③ 氧化层 另外，报道认为硅片断裂过程中，裂纹周围存在残余应力，残余应力释放使裂纹在升温过程中接合；同时，表面在升温过程中又生成二氧化硅，使“伤口”愈合，由于硅氧键较硅硅键强，因为氧化层的生成使断裂韧性有所提高。 * (l)由于氮的掺入，使硅单晶中的位错移动的激活能增高; (2)由于氮能促进氧沉淀形核，因而在含氮硅单晶中形成了较普通硅单晶中密度更大而尺寸较小的氧沉淀，使位错滑移过程中遇到的阻碍更多，因而运动相同的距离时消耗的