太阳能多晶硅锭中夹杂的分布特性及其成因

论文摘要

近年来,太阳电池发电受到了人们的日益重视。硅是当前用来制造太阳能电池的主要材料,目前铸造多晶硅已经成功取代直拉单晶硅而成为最主要的太阳能电池材料。深入地研究材料中杂质有利于生产出高成品率的铸造多晶硅锭,降低铸造多晶硅太阳能电池的制造成本,同时也是制备高效率铸造多晶硅太阳能电池的前提。本文对多晶硅锭中的夹杂及其在锭中的分布作了深入的研究。多晶硅锭中经常出现硬质夹杂颗粒,严重影响线切割硅片的表面质量,严重时造成硅片切割生产中断线。我们采用光学显微镜、扫描电镜—特征X射线能谱仪、X射线衍射仪等手段对定向凝固多晶硅锭中的夹杂进行了分析。采用溶解硅基体后沉淀萃取的方法取得硅锭不同部位的夹杂。分析结果表明,硅锭中夹杂的物相主要有两种:β-SiC和β-Si3N4,SiC的数量较多;二者形貌有显著区别:前者呈不规则块状,而后者则呈平直杆状。硅锭的顶表面附近夹杂高度富集,但内部仍有大于100微米的较大的碳化硅夹杂颗粒偶尔出现。实验表明,对冶金硅,其内部的碳化硅夹杂不是由于其在硅液中沉降而出现的。其在内部的出现,可能是由于在高温下长时间保温,过饱和的C在硅晶体中形核并长大而形成的。这也可能是太阳能多晶硅锭内部出现碳化硅夹杂的原因。但导致碳化硅夹杂在硅液中沉降不明显的原因,有待进一步的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能及其开发利用
• 1.2 太阳电池的分类
• 1.2.1 硅材料太阳电池
• 1.2.2 薄膜太阳电池
• 1.3 多晶硅锭中的夹杂、其危害与有关研究
• 1.3.1 硅中的氧、碳、氮
• 1.3.2 硅锭中夹杂的危害及其相关研究
• 1.4 本课题研究目的和主要内容
• 第2章 多晶硅锭中夹杂的物相与分布特性
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 材料与试样
• 2.2.2 夹杂的湿法提取
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硅锭中夹杂的物相
• 2.3.2 多晶硅锭中夹杂的宏观分布
• 2.3.3 多晶硅锭中夹杂的微观分布
• 2.4 小结
• 第3章 碳化硅夹杂分布特性的成因研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 液态硅的黏度和 SiC在硅熔体中的沉降分析
• 3.1.2 硅锭内部出现夹杂的原因
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 材料与试样
• 3.2.2 实验方案
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳化硅在硅熔体中的沉降动力学研究
• 3.3.2 碳化硅的固相形成与长大研究
• 3.4 小结
• 总结
• 主要研究结论
• 待解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果