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周蔺桐等：硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅生长研究

硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅生长研究

周蔺桐，章爱生，刘小平，周浪*

(南昌大学材料学院/太阳能光伏学院,江西南昌330031)

摘要：工业生产的太阳能电池用多晶硅锭内部常出现碳化硅夹杂，影响太阳能电池

的转换效率，特别是严重威胁硅片的切割生产过程。本文研究了硅熔体中碳化硅熔

解与硅晶体中碳化硅沉淀生长特性，在熔解实验中发现：碳化硅全部熔解在1450℃

的硅熔体中，同时发现体系中有新的碳化硅颗粒析出。在1350℃下进行硅料中碳化

硅沉淀的固相生长实验，其结果表明：晶体硅中碳化硅沉淀的高温固态生长特性不

明显，没有碳化硅大颗粒出现。

关键词：硅熔体；晶体硅；碳化硅；热力学平衡

中图分类号：TM914.4文献标识码：A

AStudyofdissolvingofSiCprecipitatesinsiliconmeltand

growthofSiCinsiliconcrystal

Abstract:

productionprocessofcuttingsilicon.Inthispaper,weanalyzethecharacteristicofsiliconcarbide

dissolutioninsiliconmeltandsiliconcarbideprecipitationgrowthcharacteristicsinsiliconcrystals.

Thesiliconcarbidedissolutionexperimentsdiscoveredin1450℃:siliconcarbidealldissolvedin

siliconmelt，andothersiliconcarbideparticlesprecipitateoutinthesystem.Degreesin1350,the

crystalsisnotobvious,nobigsiliconcarbideparticlesappear.

Keywords:siliconmelt;crystallinesilicon;siliconcarbide;thermodynamickinetics

1.引言

工业生产的晶体硅中经常出现硬质夹杂，其中德国马克斯普朗克研究所A.Lotnyk等[1]

就利用透射电子显微镜（TEM）在晶体硅中发现碳化硅夹杂，这些硬质夹杂使得硅锭切割

过程中硅片出现脊纹，甚至由于硬质夹杂存在而造成包括断线停机、硅块报废等损失，同时

[2]

影响到太阳能电池片的质量。因此，晶体硅中碳化硅沉淀的研究颇为重要。

根据化学平衡热力学原理可知，晶体硅中形成碳化硅意味着其中杂质碳浓度超过了硅对

[35]

碳的饱和溶解度、，但长期以来，关于碳在硅中的饱和溶解度还没有取得完全一致的见解，

[8][9]

Y.Endo、Yanaba等依据各自的实验理论模型得到了不同结果的饱和溶解度。Anne-Karin

[4]

Søiland在文献中就指出多数理论模型依据于碳化硅在硅熔体中的熔解析出，但对于碳化硅

在硅熔体中的熔解析出性质并没有深入研究，进而造成饱和溶解度结果误差。本文针对硅熔

体中碳化硅的熔解进行了研究，为分析计算碳在硅中的饱和溶解度提供重要参考。

[13]

另外，在工业生产太阳能电池过程中涉及一系列的热处理工艺，而高温热处理后的

硅晶体中是否会出现大颗粒碳化硅是一个值得注意的问题，本文利用冶金级硅料对碳化硅沉

淀的高温生长特性进行了实验研究，对减少太阳能级硅料中大颗粒碳化硅夹杂的产生，降低

硅片切割过程中的报废率有一定的指导作用。因此，研究硅熔体和硅晶体中碳化硅的熔解和

沉淀生长特性对提高太阳能级硅料的质量和生产效率具有实际意义。

作者简介：周蔺桐（1987—），男，硕士研究生，研究方向：太阳能光伏材料：E-mail：