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定向凝固法生长硅晶体时结晶成核的一种方法

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母性泛滥本子全彩本子: 发布日期:2020-07-03 00:00 来源: 点击:

硅单晶和硅多晶铸锭是晶体硅太阳能电池常用的材料。通常,使用硅单晶材料制造的太阳能电池比使用硅多晶材料制造的太阳能电池具有更高的光电传换效率。当采用硅多晶制造太阳能电池时,硅多晶的结晶颗粒越大,则制造的太阳能电池效率越高。

目前,采用定向凝固法生长而成的硅晶体通常为硅多晶,而不能得到硅单晶,其主要原因在于,定向凝固的初始过程并没有采用特定晶向的籽晶进行引导,凝固通常是从石英坩埚壁面开始,自发形成多个凝固核心并逐渐长大,使其形成的晶体为多晶而不是单晶。如果采用特定的引晶技术,铸锭法也可以生长出硅单晶。增加了石英坩埚的制造成本。

另外,在硅多晶制造方面,虽然光伏行业倾向于使用具有大结晶颗粒的硅多晶作为原料来制造效率的太阳能电池,但是生长出大结晶颗粒的硅多晶却存在各种困难。温度场及凝固界面的控制是使硅多晶铸锭形成大结晶颗粒的一个必要条件;此外,在晶体成核的初期,控制成核的数量尽可能地少,使得结晶颗粒在初始阶段就可以长得比较大。

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然而在采用定向凝固法生长硅单晶定向(包括单晶铸锭和多晶铸锭)时,通常所采用的坩埚为石英坩埚,同时为了使硅铸锭在生长完成后与坩埚能方便脱离,还需要在石英坩埚内壁喷涂氧化硅涂层。这使得不光洁的石英坩埚表面形成众多的促进硅熔液自发成核的条件,当温度合适时,形成众多数量的成核核心,导致硅多晶铸锭在生长的初始阶段形成的晶粒尺寸小而数量多,不利于形成具有大结晶颗粒的硅多晶材料。


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