多晶硅与少子寿命分布
世界上最纯的物质----硅
世界上最纯的物质：硅硅，是人类在世界上提得最纯的物质，目前人类能够得到的最纯的硅，纯度是99.99999999999999%，估计读者们数不过来，告诉您吧，是16个9。
但是，纯硅虽然也有半导体的性质，却是一种没有什么实际用处的半导体。
真正要制作能够使用的半导体器件，包括太阳能电池，就要在其中添加一些杂质，常见的是磷和硼。
也有镓、砷、铝和其它一些元素。
杂质的作用，总体上来说，是调节硅原子的能级，学过半导体或固体物理的人知道，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，最上面是导带，中间是禁带，下面是价带。
如果以火车为比喻的话，那么，导带是火车，价带是站台，禁带则是站台与火车之间的间隙。
如果所有的自由电子都在价带上，那么，这个固体就是绝缘体,这就好比人站在站台上，是到不了别处的；如果所有的自由电子都在导带上，那么这个固体就是导体，这就好象人上了火车，可以周游全国了。
半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。
硅就是这样一种半导体，但由于纯硅的导带和价带的距离过大（也称为禁带过宽，），这就好像是就是站台离火车太远，一般的人很难从站台跳到火车上去一样，通常只有很少量的电子能够被从价带激发到导带上，所以纯硅的半导体性质比较微弱，不能直接应用。
有用且必需的杂质为了解决这个问题，科学家们想出了添加杂质的方法，这些杂质在导带和禁带之间形成杂质能级，这些杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的，称为施主能级；要么距离价带很近（如硼），是接受电子的，称为受主能级。
这样，一些很小的激发就可以使硅具有导电的性质。
这就好比在车站和站台之间，加一些垫脚的石凳，离站台近的，就是受主能级，离火车近的，是施主能级。
能够提供施主能级或受主能级的杂质，分别称为施主杂质和受主杂质，这些，当然是有用的杂质。
太阳能电池用多晶硅材料少数载流子寿命的测试
太阳能电池用多晶硅材料少数载流子寿命的测试邵铮铮;李修建;戴荣铭【摘要】The minority carrier lifetime in p-typed polycrystalline silicon used for solar cells was tested by the high frequency photoconductivity decay method,and the influence of photo injection intensity on the testing re-sult was analyzed in detail. The results show that the decay curve is not exponential damping in a wide area near the peak point,until the signal fade down to lower than half value. In addition,the measured value of the minority carrier lifetime is reduced when reinforcing the photo injection intensity. Based on the surface recom-bination effect and grain boundary recombination effect of the non-equilibrium carriers, we interpreted this physical phenomenon appropriately.%采用高频光电导衰退法测试了太阳能电池用p型多晶硅片的少数载流子寿命，细致分析了光注入强度对测试结果的影响。
结果显示光电导衰减曲线在靠近尖峰处较宽的时间区域内并按非指数规律快速衰减，当信号衰减到一定程度后逐渐接近指数规律，且随着光注入强度增大，少子寿命的测量结果显著减小。
铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响
铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响对于太阳电池材料，勺子寿命是衡量材料性能的一个重要参数。
多晶硅锭中存在高密度的缺陷和高浓度的杂质(氧、碳以及过渡族金属铁等)。
有研究表明，相比于晶界和位错，氧、铁等主要的杂质元素对硅锭中少子寿命的影响更大。
氧是铸造多晶硅材料中最主要的杂质元素之一，间隙氧通常不显电学活性，对少子寿命没有影响。
但在晶体生长或热处理时，在不同温度氧会形成热施主、新施主、氧沉淀，氧沉淀会吸引铁等金属元素。
另外铁也被认为铸造多晶硅中最常见的有害杂质之一。
P型硅中，铁通常与硼结合成铁-硼对，铁一硼对在室温下能稳定存在，但在200℃下热处理或者强光照可以使铁一硼对分解而形成间隙铁离子和硼离子，由于间隙铁离子和铁一硼对少数载流子复合能力的不同，使得处理前后少子寿命值出现变化，从而可以建立起间隙铁浓度对应少子寿命值变化之间的关系。
杂质在铸造多晶硅硅锭中的分布，与该杂质在硅中的分凝系数K有关。
在铸造多晶硅锭料由底部向顶部逐渐凝固时，如果杂质的分凝系数K<1，则凝固过程中，固相中的杂质不断地被带到熔体中，出现杂质向底部集中，越接近底部浓度越大，相反，如果分凝系数K>1，则杂质集中在顶部，越接近顶部浓度越大。
氧主要集中在硅锭头部，其浓度呈现从硅锭底部向顶部逐渐降低的趋势。
可以认为分凝机制对于氧在熔体硅中的传递和分布起主要作用。
间隙铁分布为：头部和尾部浓度较高，中间部分浓度较低，且分布较为均匀。
这与仅由分凝机制决定的间隙铁浓度分布，特别是在底部处产生了较大偏离。
硅锭底部处出现了较大的间隙铁浓度，由于铁在硅中具有较大的扩散系数，所以这可能是硅锭底部凝固完成后的冷却过程中，铁由坩埚或者氮化硅保护层向其进行固相扩散的结果。
事实上硅锭的底部最先开始凝固，通常整个凝固过程将持续数十小时，硅锭底部将有较长时间处于高温状态，因而使得固相扩散的现象有可能发生。
固相扩散的程度与凝固后硅锭的冷却速率以及各温度下的铁的扩散系数有关。
铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响(2)
［３］ Ｈ觚１ｅｒ Ｃ，Ｈ石ｆｓ Ｈ Ｕ，Ｋｏｃｈ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｆｏｍｌａｔｉｏｎ ａＪｌｄ ａｍｌｉｈｉｌａ－
ｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｄｏｎｏｒｓ ｉｎ ｍＩＪｌｔｉｃｒ），ｓｔａ皿ｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅⅡｓ
［Ｊ］．ＭａｆｅＩｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｒ西ｎｅｅｒｉｌｌｇ，２０００，Ｂ７１：３９—４６．
３．４×１０Ｂ“ｓ／ｃｍ３‘７。。
２结果与讨论
微波光电导衰减仪（肚一ＰＣＤ）可以快速简捷准确 的测定少子寿命。图２ａ、图２ｂ分别为靠近硅锭边缘 及中心位置处所截取硅片Ａ．Ｂ和硅片Ｃ—Ｃ的少子寿 命分布图。由图可以看出，硅片头、尾处分别存在一 个低少子寿命的区域。其中底部４～５ｃｍ，顶部约 ２ｃｍ的高度由于少子寿命值过低而不能直接应用于 太阳电池的工艺制造。中间部分少子寿命较高且分 布均匀。图２ａ中Ａ—Ｂ样品与坩埚接触的一侧边缘
基金；国家杰出青年基金
万方数据
１５２
太
阳
能
学
报
２８卷
１实 验
实验中所选用的铸造多晶硅原生硅锭为浙江精 工太阳能有限公司生产。将锭料置于氮化硅坩埚 中，采用由底部至顶部逐渐冷却凝固的方法，制得的 铸造多晶硅硅锭总高度约为２ｌｃｍ。沿硅锭生长方 向，分别靠近硅锭边缘和中心位置，截取厚度约 ２ｃｍ、长度为２１ｃｍ的硅片Ａ．Ｂ、Ｃ—Ｃ，如图１所示。
图５间隙铁浓度沿硅锭长度方向的分布图
Ｆｉｇ．５ Ｂ０ｓｉｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｉｍｎ ｃｏｎｃｅｎ吮ｔｉｏｎ ｉｎ她ｉｎｇｏｔ 间隙铁离子具有较强的电学活性，可以引起少 子寿命的显著降低［１１｜。而高的氧浓度则容易形成 氧沉淀、热施主以及新施主等，这些氧相关缺陷中心 具有很强的复合能力，同样对少子寿命具有极其重
多晶硅片少子寿命的影响因素研究与分析
ｅ ａ ｌ ， ｈ ａｎ ｉ ｕ ｔ ｓ ｔ ｅ ｓｌ ｏ ｈ ｃ ｎ ｓ ｎ ｒ ｉ ｉ ｅ ｕ ｉ ｒ ｔ ｎ Ｏ ｏ ． ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｘ ｍｐ ｅ ｔ ｅ ｍ ｉ ｍｐ ｒ ｉ ， ｈ ｉ ｃ ｎ ｔ ｉｋ ｅ ｓａ ｄ ｇ ａ ｎ ｓ ｎ ｆ ｍｉ ａ ｄ Ｓ ｎ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉ ｅ ｉ ｚ ｏ ｙ
的 大 小 硅 片厚 度及 晶粒 尺 寸均 匀性 等 因素的 影响 。
关键 词 ：多 晶硅 片； 子寿命 ； 质含量 ； 少 杂 厚度 ； 匀性 均 中 图分 类号 ： Ｎ３ ４０ Ｔ ０ ．５ 文献 标识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ４４ ０ （０ ２０ －０ ６０ １ ０ —５ ７２ １ ）６０ ２ —５
鱼茎 鱼
星墓 薹
圈
多晶硅 片少子 寿命 的影响 因素 研 究与分析
于丽君 ， 段晋 胜
（ 国 电子 科 技 集 团公 司 第 二研 究所 ， 中 山西 太 原 ０ ０ ２ ） ３０ ４
摘 要 ：为 了提 高 多 晶硅 片的 转换 效 率 ， 高多 晶硅 片 少子 寿命 是 一 个重 要 的 方法 和 途径 ， 而 提 然
ａ ｃ ｒ ｉ ｏ ｈ ｐ ｉ ｉ ｅ ｏ ｅ ｒ ｇ ｔｏ ａ ｄ ｈｅ ｓ ｏ ｉｒ ｗａ ｅ ｏ ｕｃ ｉ ｅ ｔ ｐ ｎ ｉ ｅ ｈｅ ｃ ｏ ｄ ｎｇ ｔ ｔ ｅ ｒｎｃｐｌ ｆ ｓ ｇ ｅ ａｉ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆ ｍ ｃ ｏ ｖ ｃ ｎｄ ｔ ｖｅ ｔ ｓ ｒ ｃｐｌ ，ｔ ｉ
ｒ ｉ ｉｅｈ ｓｂ ｅ ｏ ｅ Ａ ｅｕ ｔ ｓｏ ｎ ｈ ｔｔｅ ｍｉｏ ｉ ｃ ｒ ｅ ｉ ｔ ｇ ａｎ ｓｚ ａ ｅ ｎ ｄ ｎ ， ｒ ｓ ｌ ｉ ｆｕ ｄ ｔａ ｈ ｎ ｒ ａｔ ｒｌ ｅｉ ｆｐ ｌｃｙ ｔｌ ｎ ｉｃ ｎ ｙ ｔ ｉ ｆ ｍｅｏ ｏｙ ｒ ｓａｌ ｅ ｓｌ ｏ ｉ ｉ
太阳能级多晶硅长晶速率和杂质分布
太阳能级多晶硅的长晶速率和杂质分布摘要在工业规模的多晶铸锭炉中，定向凝固法铸造多晶硅的长晶速率是由固液界面的位置决定的。
两个实验让硅从底部以接近平直的界面凝固垂直向上生长，凝固完后以不同的速率冷却。
发现4×10-6 米/秒的平均凝固速率和从坩埚底部温度的的计算值相吻合。
检测多晶硅锭生长方向上的碳氧分布和少子寿命。
在两块多晶硅锭中，碳的分布是很相似的，它在多晶硅锭中间位置的浓度大约都是4ppma。
缓慢冷却时发现多晶硅锭中有更高的氧浓度。
这是由于涂层质量差增加了坩埚中氧向熔硅中的扩散导致的结果。
快速冷却的多晶硅锭的少子寿命被发现是大约10μm，然而缓慢冷却的少子寿命只有2μm.缓慢冷却具有较低的少子寿命可能是由铁从坩埚向熔体中扩散导致的结果。
◎ 2005年B.V出版社版权所有关键词：定向凝固；多晶硅；凝固速率；杂质分布；少子寿命1简介多晶硅是太阳能电池制造中最常用的材料，它占到全球太阳能光伏组件的50%以上。
定向凝固法是铸造太阳能级多晶硅的常用方法。
它的原理是硅料熔化后把热量从坩埚底部抽出，进而形成接近平直的固液界面从底部开始凝固。
大部分杂质被分离到硅锭顶部，并且最后的晶体结构主要是平行于晶体生长方向的大柱状晶粒。
太阳能级多晶硅的光电转换效率一般在12%—15%这个范围。
光电转换效率主要是由位错间少数载流子的复合以及晶粒内的缺陷例如杂质、小的原子集团或者沉淀限制的。
由于单纯位错间的复合被认为是相对较弱的，这也就暗示了这些区域的金属杂质和沉淀是增强再结晶能力的原由。
众所周知，多晶硅凝固过程严重影响着电池片的光电转换效率。
多晶硅的凝固决定着材料的结构，而且快速冷却凝固被认为影响着硅锭的位错密度，固液界面的曲率可能影响着晶体的形态和杂质在硅锭中的位置。
碳和氧还有氮是多晶硅中主要的杂质。
碳主要来源于熔炉中的隔热和加热器件，而氧主要来源于石英坩埚向熔体的扩散。
本文介绍的实验是为了确定在工业布里奇曼熔炉中定向凝固法铸造多晶硅的长晶速率，并且确立冷却速率对由位错密度影响的少数载流子寿命的影响。
少子寿命测试原理
EC
ED
EC
EV
EV
EA
• P型掺杂(III族)：B、Al、Ga、In • N型掺杂(V族)：P、As、Sb • 均为浅能级杂质
• 常温下，非重掺，P型硅的空穴浓度等于 P型掺杂剂浓度；N型硅的电子浓度等于 N型掺杂剂浓度。
• P型硅的载流子绝大部分为空穴。空穴为多 数载流子(majority carrier)，简称多子；电 子为少数载流子(minority carrier)，简称少 子。
• N型硅的载流子绝大部分为电子。电子为多 子，空穴为少子。
3. 非平衡载流子
• 平衡状态下，电子空穴对的产生和复合 率相等。电子和空穴浓度n、p不变。
EC
产生 复合
EV
• 受外界因素(光照、载流子注入等)影响比 平衡状态下多出来的载流子。
EC
hν
非平衡载流子浓 度为Δn、Δp。
Δn = Δp
EV
位错
• 在多晶硅铸造过程中，由于热应力的作 用会导致位错的产生。另外，各种沉淀 的生成，及由于晶格尺寸的不匹配也会 导致位错的产生。这些位错本身就具有 悬挂键，存在电学活性，降低少数载流 子的寿命而且金属在此极易偏聚，对少 数载流子的降低就更加严重。
• SRH(Shockley-Read-Hall)模型
τn0和τp0分别是电子和空穴的俘获时间常 数。n1和p1分别为费米能级处于复合中心 能级Et时电子和空穴的浓度。
1. 复合中心能级Et越深少子寿命越小，所 以深能级杂质对少子寿命影响极大，即 使少量深能级杂质也能大大降低少子寿 命。过渡金属杂质往往是深能级杂质， 如Fe、Cr、Mo等杂质。
• 2. 电阻率的影响 • 随着电阻率的增大，少子寿命也不断增 大。
单晶、多晶的可靠性与经济性比较分析
单晶、多晶的可靠性与经济性比较分析/technical_papers/Photovoltaic_module _selection_a_comparison_of_the_reliability_and_economy单多晶硅片性能对比单晶硅片与多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显著差异。
单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶是直拉提升法，多晶是铸锭方法，后端制造工艺只有一些细微差别。
晶体品质差异图2 单晶硅片与多晶硅片外观图示图2展示了单晶和多晶硅片的差异。
硅片性质的差异性是决定单晶和多晶系统性能差异的关键。
左图是单晶硅片，是一种完整的晶格排列;右图是多晶硅片，它是多个微小的单晶的组合，中间有大量的晶界，包含了很多的缺陷，它实际上是一个少子复合中心，因此降低了多晶电池的转换效率。
另一方面，单晶硅片的位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多，各种因素综合作用使得单晶的少子寿命比多晶高出数十倍，从而表现出转换效率优势。
单晶是一种完整的晶格排列，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶，在电池制造环节，单晶电池的碎片率也是小于1%的，通常情况下是0.8%左右。
单晶硅片可以稳定应用金刚线切割工艺，显著降低切片成本，并提高电池转换效率。
对多晶而言，晶体结构的缺陷导致在电池环节的碎片率一般大于2%，并且硅片切割工艺的改进难度很大，因为它没法用金刚线切割，只能用传统的砂线来切，成本上基本没有多大的下降空间。
电学性能差异图3 单晶与多晶少子寿命分布比较图3是单多晶的少子寿命对比。
蓝色代表少子寿命较高的区域，红色代表少子寿命较低的区域。
很明显，单晶的少子寿命是明显高于多晶的。
机械性能差异图4 单晶硅片与多晶硅片机械性能比较图4是单晶硅片和多晶硅片的机械性能电脑分析对比数据。
可以看出，多晶硅片的最大弯曲位移比单晶硅片低1/4，因此在电池的生产和运输过程中更容易破碎。
我们今天讲电站的质量问题，很重要的一点，组件在运输安装过程中可能产生电池片破碎、隐裂等问题，相对多晶而言，单晶在运输中的抗破坏性能比较好。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 多晶硅照片
• 装料
硅锭
840X840X305
• 硅锭开方
多晶硅片
单晶硅片Leabharlann 硅片二．多晶硅生产简介
硅的卤化物的简介 三氯氢硅氢还原的原理 多晶硅生产工艺简介
1.
2.
3.
1. 硅的卤化物的简介
硅的氯化物主要介绍SiCl4、SiHCl3等，它们和 碳的卤化物CF4和CCl4相似，都是四面体的非极 性分子，共价化合物，溶沸点都比较低，挥发性 也比较大，易于用蒸馏的方法提纯它们。 在常温下，纯净的SiCl4、SiHCl3是无色透明的 易挥发液体。 SiCl4:沸点为57.6℃，分子量170，液体密度1.47 g/cm3。 SiHCl3 :沸点为31.8℃，分子量135.45，液体密 度1.32 g/cm3。
铸造多晶硅中位错的测定
铸造多晶硅中的沉淀和位错等缺陷都能在 硅晶格中引入局部应力，影响材料的性能， 可以利用SIRM（红外扫描仪）探测硅片体 内的局部应力分布n 。通常，在SIRM图片 中，应力斑点密度对应于缺陷密度，而斑 点尺寸对应于沉淀尺寸。
SIRM（红外扫描仪）
当波长在1.1~1.3µm的红外激光典型波段经一 个孔径大约为的透镜后聚集成一束细小的激 光探针, 照射到硅片上, 由于硅对于此波段的 激光是完全透明的, 激光就会穿透硅片被一个 放置在合适位置上的探头所接受到, 激光信号 再经收集, 放大, 储存到计算机里, 最终经相应 的图象软件在计算机里成像。如果硅片中存 在着缺陷或杂质, 这些缺陷或杂质会在硅片引 入一定大小的局部应力, 从而导致硅片局部的 不均匀, 使得激光经过该位置时产生散射, 从 而导致探头所接受到的信号减弱, 在所生成图 象的对应位置形成暗像。
三．杂质和缺陷对铸造多晶硅寿命分布 的影响
1.
铸造多晶硅杂质与缺陷 杂质与缺陷的测试与原理 杂质缺陷的分布对少子寿命分布的影响分析
2.
3.
4.
总结
1. 铸造多晶硅杂质与缺陷
铸造多晶硅的有害杂质主要有O，C和Fe;Fe等过度金 属及其复合体会在硅的禁带中引入深能级，成为材 料中少数载流子的复合中心，从而显著降低少数载 流子寿命；而O在铸造多晶硅的生长过程中则可能生 成热施主，新施主或氧沉淀，其中氧沉淀则会成为 过度金属的吸杂中心。 铸造多晶硅中同时存在着高密度的位错及晶界等缺 陷，Fe和O容易在这些缺陷出沉淀下来使得缺陷处成 为影响多晶硅少子寿命的重灾区。人们可以通过对 缺陷处显微结构的研究，了解少子寿命随晶锭不同 位置变化曲线的原因和机理。
•
可以看出底部和 顶部缺陷密度较 高，中部密度较 低；另外，底部 和中部样品对应 的SHIM图片显示： 缺陷的斑点较大， 表明其中的缺陷 尺寸较顶部偏大。
铸造多晶硅体内SIRM斑点密度沿生长方向的分布
4. 总结
铸造多晶硅材料性质的不均匀分布和热历史差 异导致晶锭的少子寿命沿生长方向呈现倒U字 型分布规律。头部和顶部少子寿命偏低，中部 寿命值较高且分布均匀，其影响因素对应于： 1)硅锭底部样品O和Fe浓度较高、沉淀等微缺 陷密度较大是导致少子寿命偏低的主要原因；
硅锭中O和C浓度的测定
Bruker IFS 66v／S型付立叶红外测量仪： 硅晶体对可见光是不透明的，用肉眼看呈 金属光泽，然而对红外光有相当好的透明 性。一块2mm厚的双面抛光的硅片一般能 透过大约60%的红外光。红外光实际上是 由不同频率的连续光谱组成的，对于不同 频率的红外光，硅片的透过率是不同的， 这是因为取决于硅晶格和其中所含杂质种 类和浓度，红外光的吸收率是不同的。
2. 三氯氢硅氢还原的原理
经提纯和净化的SiHCl3和H2，按一定比例进 入还原炉，在1080℃～1100℃温度下，SiHCl3 被H2还原，生成的硅沉积在发热体硅芯上。 化学方程式： 1080~1100 ℃ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl (主) 同时还发生SiHCl3热分解和SiCl4的还原反应： 4SiHCl3 1080~1100 ℃ Si + 3SiCl4 +2H2 SiCl4+ 2H2 1080~1100 ℃ Si + 4HCl
2. 少子寿命测试方法
Semilab (瑟米莱伯)微波光电导衰减仪测试少子 寿命的原理主要包括激光注入产生电子-空穴对和 微波探测信号的变化这两个过程。 904nm 的激光注入（对于硅，注入深度大约为 30um）产生电子-空穴对，导致样品电导率的增 加，当撤去外界光注入时，由于电子空穴对的复 合，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映 少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导 率随时间变化的趋势就可以得到少数载流子的寿 命。
硅锭中铁的测试原理
P型硅中，铁通常与硼结合成铁-硼对，铁-硼对在 室温下能稳定存在，但在200℃下热处理或者强光 照可以使铁一硼对分解而形成间隙铁离子和硼离 子，由于间隙铁离子和铁-硼对少数载流子复合能 力影响的不同，使得处理前后少子寿命值出现变 化，从而可以建立起间隙铁浓度对应少子寿命值 变化之间的关系。
• 改良西门子法的核心技术
A、大型多对棒节能型还原炉：大型节能还原炉的特点是 炉内可同时加热许多根初棒，以减少炉壁辐射所造成的热 损失。 目前，国外大型还原炉的操作压力达0.6MPa,硅棒的总数 主要是12和24对，部分已经达到48对和54对，硅棒长度在 1.5米以上，棒直径达到200毫米，每炉产量可达5-6吨甚至 10多吨，还原电耗则大幅度下降，低至每公斤多晶50kWh B、四氯化硅的氢化反应技术（催化剂）。 C、还原尾气的干法回收技术：还原炉尾气的主要成分是 氢、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅，经过加压和冷却后， 其中的三氯氢硅和四氯化硅被冷凝分离出来，然后再分馏 出三氯氢硅直接送到还原炉，以生产多晶硅。
2)硅锭顶部C和Fe浓度较高，微缺陷密度较 大，尤其是高密度的位错与Fe的相互作用 导致该区域的少子寿命偏低。由于底部和 顶部样品中存在大量的沉淀和结构缺陷， 因此难以通过常规的吸杂和钝化工艺来提 高其少子寿命；
3)硅锭中部O、C以及Fe等杂质浓度居中， 微缺陷密度低，少子寿命较高且分布均匀。
3. 多晶硅生产工艺简介
• 1.
2. 3.
4.
5.
目前主要的多晶硅生产工艺： 改良西门子法——闭环式（氯化硅和氢气 等的回收循环利用）三氯氢硅氢还原法； 硅烷法——硅烷热分解法； 流化床法； 冶金法； 气液沉积法。
• 改良西门子法的流程
• 改良西门子法的介绍
改良西门子法生产多晶硅属于高能耗的产 业，其中电力成本约占总成本的70%左右 （碳电极加热）。SiHCl3还原时一般不生 产硅粉，有利于连续操作。该法制备的多 晶硅还具有价格比较低、可同时满足直拉 和区熔要求的优点。因此是目前生产多晶 硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建 的工艺，所生产的多晶硅占当今世界总产 量的70～80%。
但是与直拉单晶硅相比，铸造多晶硅含有 大量的杂质（O、C和Fe）和缺陷（位错、 晶界等），对太阳能效率的提高有严重影 响。 铸造多晶硅少子寿命是其太阳能转换效率 高低的重要量度：所谓的少子寿命就是在 外加条件（光照，激光）的影响下处于激 发态的少数载流子，当外加条件撤去后由 于电子-空穴的复合使得激发态少数载流子 减少到初始状态所用的时间。
• 课程结构
引言
多晶硅的生产简介 杂质和缺陷对铸造多晶硅寿命分布的影响
一．
二．
三．
四．
提高少子寿命的主要方法
一．引言
多晶硅作为一种半导体材料被广泛的应 用与太阳能发电，芯片，集成电路等领 域。 多晶硅并不能直接被用作太阳能发电， 需要进行回融，经过❶单晶拉制或铸锭 ❷开方、❸线切、❹清洗等工序。 目前，铸锭多晶硅（区别对晶硅）材料 已经取代了直拉单晶硅成为主要的太阳 能电池材料。其实验室效率已经达到了 20%，实际的效率也已经达到17.8%。
• 提高少子寿命的手段
人们通常经过使用高纯的物料减少杂质含量，目 前使用的铸锭用多晶原料的纯度可以达到6N(免 洗料)； 也可以通过改进喷涂工艺，加强对石英坩埚的保 护减少界面反映，限制杂质的引入； 改善硅锭上下面的缺陷状况也可以提高少子寿命。 例如高效多晶硅的生产。
硅锭的少子寿命分布
•
图1显示了晶锭的 原生少子寿命沿高 度方向的分布。 从图中可以看出， 硅锭底部和顶部都 存在低少子寿命区 域，硅锭中间部分 少子寿命值较高且 分布均匀。在底部 低寿命区内存在一 个夹层，少子寿命 相对周围有所上升。
•
硅锭氧浓度分布
硅锭中碳浓度分布
硅锭中铁浓度分布
•
图4显示了硅锭中 微缺陷密度随高 度变化的关系。