太阳能电池材料直拉单晶硅的制造工艺过程.ppt

太阳能电池材料－－直拉单晶硅的制造工艺 硅材料简介 硅材料是太阳能光伏工业的基础材料。具有元素含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半导体材料特性。 单晶硅 单晶硅是目前世界上人工制备的晶格最完整、体积最大、纯度最高的晶体材料，可达九个9以上。 区熔单晶硅 方法：区域熔炼 产品特点：光电转换效率高、生产成本高、价格昂贵 原料：化学气相沉积的高纯多晶硅棒 直拉单晶硅 直拉单晶硅的生长原理和工艺 各项工艺步骤的特点 无位错生长技术特点 位错的产生：去除了表面机械损伤的无位错仔晶，虽然本身不会在新生长的晶体硅中引入位错，但是在籽晶刚碰到液面时，由于热振动可能在晶体中产生位错，这些位错甚至能延伸到整个晶体。 去除原理：单晶硅为金刚石结构，其滑移系为(111)滑移面的110方向。通常单晶硅的生长方向为111或100，这些方向和滑移面(111)的夹角分别为36.16°和19.28°；一旦产生位错，将会沿着滑移面向体外滑移，如果此时单晶硅的直径很小，位错很快就滑出单晶硅表面，而不是继续向晶体体内延伸，以保证直拉单晶硅能无位错生长。 具体方法：缩颈 　　　　在“种晶”完成后，将籽晶快速向上提升，晶体生长速度加 　　快，新结晶的单晶硅的直径将比籽晶的直径小，可达到３mm 　　左右，其长度约为此时晶体直径的６～１０倍，称为“缩颈”阶 　　段． 硅晶片加工 内圆切割机和线切割机 Thank for your attention! * * 硅材料的晶体形式 单晶硅 多晶硅 非晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅 根据晶体生长方式的不同分类 外延单晶硅 单晶硅棒 晶体硅金刚石结构 生产示意图 生长过程示图 　　目前，单晶硅的直拉法生长已是单晶硅制备的主要技术，也是太阳电池用单晶硅的主要制备方法。 　　原料：高纯多晶硅 　　设备：直拉单晶炉 　　产品特点：大直径、无位错 直拉单晶硅产品 直拉单晶炉 制备工艺一般包括： 多晶硅的装料和熔化 种晶 缩颈 放肩 等径 收尾 １．多晶硅的装料和熔化 　　a.粉碎至适当大小 b.装料时，底部不能有过多的空隙，不能碰到坩埚上边沿　c.抽真空，充入保护气　d.加热温度高于1412℃ ２．种晶 　　先将籽晶降至液面数毫米处暂停片刻，使籽晶温度尽量接近熔硅温度，然后将籽晶浸入熔硅，使头部熔解，接着籽晶上升，生长单晶硅 ３．缩颈 　　将籽晶快速提升，缩小结晶直径 ４．放肩 　　放慢生长速度，晶体硅直径增大 ５．等径 　　稳定生长速度，使晶体硅直径保持不变 ６．收尾 　　加快提升速度，同时升高熔硅温度，使晶体硅直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终离开液面． 　　对于大规模集成电路使用的单晶硅，一般需要对单晶硅棒进行：切断、滚圆（或切方块）、切片、倒角、化学腐蚀和抛光等工艺。 　　对于太阳电池用单晶硅，硅片的要求较低、通常应用前几道加工工艺，即：切断、滚圆（或切方块）、切片和化学腐蚀。 切片工艺： 　　太阳电池用单晶硅片的厚度约为200～300μm。通常采用内圆切割或线切割机。 单晶硅切片 内圆切割机特点： 　　技术成熟，刀片稳定生性好，硅片表面平整度好，设备价格相对便宜。 　　但是，刀片厚（250~300μm），约有一半的晶体硅在切片过程中会变成锯末，而且效率低 线切割机特点： 　　效率高，每次可切片250片以上。表面损伤小，金属线直径相对小（180μm），降低材料损耗。 　　但是，设备昂贵，平整度稍差。但太阳电池对平整度要求不太高。　　 线切割适用于太阳电池的单晶硅切片 * * *