半熔和全熔高效多晶硅的差異性分析
1.前言
當(dāng)前高效多晶硅組件是主流的光伏產(chǎn)品。高效多晶硅的制備方法分為有籽晶高效多晶硅技術(shù)與無籽晶高效多晶硅技術(shù),即俗稱的半熔高效與全熔高效。
有籽晶高效多晶硅技術(shù)(半熔)采用毫米級(jí)硅料作為形核中心進(jìn)行外延生長(zhǎng),鑄造低缺陷高品質(zhì)的多晶硅錠[1-3]。無籽晶高效多晶硅技術(shù)(全熔)采用非硅材料在坩堝底部制備表面粗糙的異質(zhì)形核層,通過控制形核層的粗糙度與形核時(shí)過冷度來獲得較大形核率,鑄造低缺陷高品質(zhì)多晶硅錠。這一理論來源于經(jīng)典的形核理論[5-6]。有籽晶和無籽晶高效多晶硅技術(shù)通過形核層與工藝的優(yōu)化同樣都可以獲得小而均勻的晶粒尺寸。
有籽晶高效多晶硅技術(shù)是硅材料的外延生長(zhǎng),而無籽晶高效多晶硅技術(shù)是一種異質(zhì)形核。雖然兩者都可以獲得高品質(zhì)的小晶粒高效多晶硅錠,但是由于形核機(jī)理不同,兩種技術(shù)生長(zhǎng)的晶體硅存在一定的差異。本文通過EBSD晶向檢測(cè),PL缺陷檢測(cè)等手段對(duì)比晶向分布、晶界比例、電池效率等差異,進(jìn)一步分析兩種技術(shù)因形核差異帶來的不同,探尋兩種高效技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化的可能方向。
2.實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)述
采用同一爐臺(tái),同種熱場(chǎng)。無籽晶高效多晶硅使用非硅材料作為異質(zhì)形核層,有籽晶高效多晶硅底部鋪設(shè)碎硅料作為籽晶,采用兩種技術(shù)分別各鑄造一個(gè)重量相同的多晶硅錠。
選擇兩個(gè)硅錠相同位置硅塊作為檢測(cè)樣塊,采用μ-PCD (Semilab, model WT2000)測(cè)量對(duì)比少子壽命差異,采用在線PL(LTS-R2)測(cè)量對(duì)比硅片的品質(zhì)區(qū)別,采用EBSD測(cè)量對(duì)比晶向分布與晶界比例之間的差異。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3.1 形核率對(duì)比
Fig.1.Comparisonof crystalnucleation (a) schematic bricks representation of mc-Si silicon ingot;(b) crystalgrains of brick C15 from the silicon-seeded HP mc ingot horizontalcross section15mm from bottom; (c) crystal grains of brick C15 from thesiliconnitride-seeded HP mc ingot horizontal cross section 15mm from bottom.
每個(gè)硅錠切割為36塊,命名方式如圖1(a)。從每錠C15塊挑選底部相同高度位置硅片進(jìn)行形核對(duì)比如圖1(b)與1(c)。可以看出兩種技術(shù)都可以獲得尺寸小而且均勻的晶粒分布。有籽晶高效多晶硅技術(shù)硅錠獲得的小尺寸晶粒來源于底部碎小的硅料外延生長(zhǎng),而無籽晶高效多晶硅技術(shù)硅錠小尺寸晶粒來源于底部異質(zhì)形核層,異質(zhì)形核層具有足夠的形核粗糙度[7],再配合特定的過冷度[9]就可以獲得較高的形核率。兩種技術(shù)都可以獲得尺寸較小晶粒,下面將進(jìn)行更深入的分析對(duì)比。
3.2 少子壽命與位錯(cuò)密度對(duì)比
Fig.2.Minority carrierlifetime mapping of (a) mc silicon-seeded ingot (b) silicon nitride-seededingotminority carrier lifetime curve comparison of the two ingots.
圖2所示為兩硅錠半截面少子壽命差異對(duì)比,圖中彩色區(qū)域代表由于雜質(zhì)、缺陷等引起的低少子區(qū)域。可以明顯看出有籽晶高效多晶硅錠低少子區(qū)域較少,而且分布均衡。而無籽晶高效多晶硅錠低少子區(qū)域分布較多,但是底部紅區(qū)高度明顯偏低。M.Trempa等通過一種高效阻擋層的實(shí)驗(yàn)[10]解釋了有籽晶高效多晶硅錠底部紅區(qū)較高的原因,他們認(rèn)為底部紅區(qū)是由于底部坩堝與籽晶雜質(zhì)擴(kuò)散的共同影響引起的。而無籽晶高效多晶硅技術(shù)僅僅只有坩堝雜質(zhì)的擴(kuò)散,因此底部紅區(qū)的高度相對(duì)較低。本文實(shí)驗(yàn)中有籽晶高效多晶硅錠剩余籽晶的高度為10mm左右,而底部紅區(qū)的高度為 55-60 mm之間,然而無籽晶高效多晶硅錠底部紅區(qū)高度僅僅為45mm左右,因此無籽晶高效多晶硅技術(shù)硅錠具有一定的良率優(yōu)勢(shì)。
Fig.3.(a-c) the wafer PLquality comparison of the C15, C14 and B13 bricks from thetwo ingots.

責(zé)任編輯:蔣桂云
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