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太陽能工藝

多晶硅的制備方法

星之球激光 來源:北極星2012-11-29 我要評論(0 )   

直到20世紀90年代, 太陽能 光 光伏 工藝還是主要建立在 單晶硅 的基礎上。雖然 單晶硅太陽能電池 的成本在不斷下降,但是與常規(guī)電力相比還是缺乏競爭力,因此,不斷降...

       直到20世紀90年代,太陽能光伏工藝還是主要建立在單晶硅的基礎上。雖然單晶硅太陽能電池的成本在不斷下降,但是與常規(guī)電力相比還是缺乏競爭力,因此,不斷降低成本是光伏界追求的目標。自20世紀80年代鑄造多晶硅發(fā)明和應用以來,增長迅速,80年代末期它僅占太陽能電池材料的10%左右,而至1996年底它已占整個太陽能電池材料的36%,它以相對低成本、高效率的優(yōu)勢不斷擠占單晶硅的市場,成為最有競爭力的太陽能電池次材料。21世紀初已占50%以上,成為最主要的太陽能電池材料。

  太陽能電池多晶硅錠是一種柱狀晶,晶體生長方向垂直向上。

多晶硅錠鑄造設備

  圖1多晶硅錠鑄造設備

  1.裝料

  將裝有涂層的石英坩堝在熱交換臺上,加入硅原料,然后安裝加熱設備、隔熱設備和爐罩,將爐內(nèi)抽真空使爐內(nèi)壓力降至0.05-0.1mbar并保持真空。通入氬氣作為保護氣,使爐內(nèi)壓力基本維持在400-600mbar左右。

  2.加熱

  利用石墨加熱器給爐體加熱,首先使石墨部件、隔熱層、硅原料等表面吸附的濕氣蒸發(fā),然后緩慢加溫,使石英坩堝的溫度達到1200-1300℃左右,該過程需要4-5h。

  3.化料

  通入氬氣作為保護氣,使爐內(nèi)壓力基本維持在400-600mbar左右。逐漸增加加熱功率,使適應坩堝內(nèi)的溫度達到1500℃左右,硅原料開始熔化。熔化過程中一直保證1500℃左右,直至化料結(jié)束。該過程約要20-22h。

       4.晶體生長

  硅原料熔化結(jié)束后,降低加熱功率,使適應坩堝的溫度降至1420-1440℃硅熔點左右。然后石英坩堝逐漸向下移動,或者隔熱裝置逐漸上升,使得石英坩堝慢慢脫離加熱區(qū),與周圍形成熱交換;同時,冷卻板通水,使熔體的溫度自底部開始降低,晶體硅首先在底部形成,生長過程中固液界面始終保持與水平面平行,直至晶體生長完成,該過程約要20-22h。

  5.退火

  晶體生長完成后,由于晶體底部和上部存在較大的溫度梯度,因此,晶錠中可能存在熱應力,在硅片加熱和電池制備過程中容易再次硅片碎裂。所以,晶體生長完成后,硅錠保持在熔點附近2-4h,使硅錠溫度均勻,減少熱應力。

多晶硅錠

圖2多晶硅錠

  6.冷卻

  硅錠在爐內(nèi)退火后,關閉加熱功率,提升隔熱裝置或者完全下降硅錠,爐內(nèi)通入大流量氬氣,使硅錠溫度逐漸降低至室溫附近;同時,爐內(nèi)氣壓逐漸上升,直至達到大氣壓,該過程約要10h。

 

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