2011第七届中国太阳级硅及光伏发电研讨会（7th CSPV）
低温冶金法制备
太阳能级多晶硅工艺探索
王志郭占成齐涛
中国科学院过程工程研究所
汇报内容
多晶硅技术需求
冶金法技术进展
低温冶金法技术思路 研究进展与展望
多晶硅技术需求
20
406080100
120140美元/桶
原油价格趋势图
能源短缺和全球变暖使得发展新能源成为迫切需求
360340320300280260
1000
1200
1400
1600
1800
2000
二氧化碳
我国是最大的产煤国和煤炭消费国煤炭占我国能源的60％-70％
60% shortage in China
化石资源的替代迫在眉睫
资
源危机
能源危机
环
境
危
机
化石经济
节能减排与发展新能源是能源领域的主题 生产基础原材料的高耗能、高污染行业的节能减排
大力发展新型替代能源，例如太阳能
多晶硅太阳电池生产过程
降低太阳能级多晶硅材料的成本是光伏产业发展的关键之一
The cost is the key problem Array z尽管多晶硅原料成本在发电成本中的比例明显降低，但依然过高；
z多晶硅的制备技术已经成为制约光伏产业发展的一个瓶颈！
解决多晶硅成本高、原料短缺的策略
太阳能级多晶硅制备技术一览Metallurgical Process
太阳能级多晶硅专用生产技术需求迫切
z冶金法是一种低成本、低能耗和环境友好的太阳能级多晶硅制备新技术，已经成为国际研发的热点；
z冶金法制备多晶硅机遇与挑战并存！
大规模、稳定的杂质净化能力是冶金法的挑战
冶金法技术进展
冶金法的新定位
?In the past, owe to the difficulty to reach 9N, MP is once ignored
?Now, Metallurgical Routine to purify the poly-silicon is the most promising way Metallurgical process
?High productivity, low cost process, but has limit for removing impurities ?Lowering B, P, and C in Silicon is key
?Process by combining several elemental technologies
Direct reduction of high purity Silica Metallurgical process
Refining of MG-Si using Metallurgical process
Process Organization/company Overview
Elkem-Exxon Elkem Produce Si from high purity natural raw material Simence-D process Siemens Carbothermal reduction of purified Silica Aluminum reduction pr
ocess
Wacker Heliptoronic Aluminum reduction of high purity Silica
SiC reduction process ENI Carbothermal reduction of Silica via high purity
SiC
NEDO direct reduction process NSG-KSC (NEDO)Carbothermal reduction of purified Silica
直接还原高纯硅工艺
冶金硅精炼提纯工艺
?Refining MG-Si by combination of several elemental process corresponding to types of impurities ?Directional solidification is essential process
Elemental process Overview Removable impurities
Directional Solidification Purification by Solid-Melt distribution of mat
al elements contained in silicon Fe, TI, ---
All metal elements
Leaching Acid-leaching of silicide of impurity
Elements precipitated in grain boundary Fe, TI, ---
All metal elements
Gas-Blowing Oxidation of impurities by oxidizes-Gas
(oxygen, air, water, vapor)
Al, Ti, Ca, B,C
Vacuum Melting Evaporation of impurities O, P
Slag-Treatment Slag-metal distribution with silicate slag B, Al, Ca
Plasma Melting Plasma melting with water vapor
(Oxidation)
B, C
硼/硅氧结合
氧化除杂
凝固除杂
多数金属杂质
冶金法提纯技术的选择性与局限性
真空除杂
除P、Ca、Al、Mg
定向凝固氧化
蒸发
偏析
酸洗真空精炼氧化造渣等离子体处理
电子束精炼
净化原理基本手段强化手段
外场耦合
机械活化
Takashi I., ISIJ International 32 (1992) 5: 635-642
磷由30ppmw
2ppmw
指数递减函数
0.3ppmw
10h
？
（蒸发面积40.3m 2）
相当于1吨硅铺展成1cm 厚
界面传质控制步骤
浓度过低相变?G 变大推动力小
难去除本质
（B 氧化造渣与P 蒸发相似！）
杂质浓度过低且与硅相比体系特性差异过小，B/P 等难去除冶金法技术共性问题
例如：
低温冶金法技术思路
冶金法：多步组合法
NEDO SOG-Si Manufacturing Process(Operated in JFE/Kawasaki Steel Co.)
2027℃缺点：高温操作时间长、成本高、投资大、质量不稳定
组件生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 1、分选
此为组件的第一道工序，在本道工序中，首先将电池片进行初步筛选，将不符合标准的电池片，如色差片，崩边片，缺胶片，断栅片等等分类放置在一起，将合格的电池片按照机器焊接每打100片的数量清点好。 2、焊接
焊接工序采用最先进的德国进口TT1200焊片机。1200指的时每小时一台机器可以焊接1200片电池片，也就是说老式焊片机3秒焊接一片，新式焊片机2.8秒左右焊接一片。焊接机采用不接触涂布装置、影响定位系统、红外焊接装置、自动抓取机器人等部分组成。影响定位系统有效挑选出破片、裂片等装置，有效的保证了焊接品质。 在此工序中由“自动焊片机”将单片电池片和涂锡铜带焊接成一串，再由提取ABB机器人将每串电池串提取到铺设好EVA的玻璃板上。ABB机器人能够准确按照设置的间距，将电池串排列到好，精确误差在0.5mm以内。 TT焊片机彻底替代了原始的手工焊接，不仅在产量上有了很大的提高，更在质量上有明显的改善。焊接处理的组件没有杂物、锡渣等。3,叠层（也称排片）
叠层为组件生产过程中的一道关键岗位，这道工序主要将焊接好的电池串连接成电路。每相邻的电池上都要粘贴2到3条高温胶带，目的是防止电池串发生移位等情况。之后用烙铁将汇流条焊接在每串的两端，按照正负极的正常方式将组件做成一个完整的导通发电体。4、隐裂测试
多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合 成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si （还原）多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺
法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑ （2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。 其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物 (Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。 （3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。
多晶硅生产工艺学 绪论 一、硅材料的发展概况半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30 年。美国是从 1949?1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79 年来说，美国产量1620?1670 吨日本420
?440 吨。西德700?800 吨。预计到85 年美国的产量将达到2700 吨、日本1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000 吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58 年有色金属研究院开始研究，65 年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产量仅达70?80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径：为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS 集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施：在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质 量问题，搞好工艺卫生是一项最重要的操作技术，在生产实践中要树立
e光伏产业链流程及工艺设备
太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相
同，但工艺加工精度低于集成电路芯片的制造要求 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。 太阳能电池组件生产工艺 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库
第一章前言 1.1商用空调行业发展综述 商用空调在世界上已有百年的发展历史，在中国也有20多年的应用时间，然而真正引起国内企业关注还是近几年。目前国内市场家用空调领域竞争已经进入白热化阶段，随着价格战连绵不断，在家用空调领域几乎已经无利可图的企业纷纷开始在中央空调领域寻找新的发展空间和利润增长点。 2003年商用空调（含户式中央空调）市场容量将达到85亿元，2005年达到200亿元以上。市场空间迅速巨大，而利润至少是40%以上。这对于众多在市场上艰难逐利的企业，尤其是仍在价格战中挣扎的家电企业来说，无疑是极其诱人的。 与家用空调行业相比，中央空调仍保持较高利润空调，这使得由原来约克、大金、开利等国外品牌所占领的国内中央空调市场开始发生变化，国内一些品牌也纷纷进入这个领域。 1.2中国商用空调市场发展状况 中国现在已经成为世界空调生产制造大国。20多年来，特别是近十年来，中国空调产业规模迅速扩大，在上世纪90年代中期，超过美国，在90年代末期，超过日本，已经成为全球空调器制造基地，产销量居世界首位。2002年我国空调器产业完成销售额接近700亿元，总产量超过3050万台，在全球比重占到60％。空调产业是典型的全球性产业，1993年以来，空调器出口量以平均66％的速度在增长，成为我国出口增长速度最快的产品之一。2002年，我国空调器出口量超过800万台，出口额接近13亿美元，经过十年努力，中国的调产业竞争力也有极大增长。 中国空调业的比较优势主要集中在劳动密集型产品的制造能力，优势有限，而且与跨国公司竞争力的差距也显而易见。虽然空调出口增长速度超常，但不能忽略的事实是，
改良西门子法生产多晶硅工艺流程 1. 氢气制备与净化工序 在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。电解制得的氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在催化剂的作用下，氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。净化干燥后的氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。 电解制得的氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。出氧气贮罐的氧气送去装瓶。气液分离器排放废吸附剂，氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放，干燥器有废吸附剂排放，均由供货商回收再利用。 2. 氯化氢合成工序 从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃，经燃烧反应生成氯化氢气体。出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。 为保证安全，本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统，可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。该系统保持连
续运转，可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。 为保证安全，本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。必要时，氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内，用氢氧化钠水溶液洗涤除去。该废气处理系统保持连续运转，以保证可以随时接收并处理含氯气体。 3. 三氯氢硅合成工序 原料硅粉经吊运，通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。 从氯化氢合成工序来的氯化氢气，与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送，从底部进入三氯氢硅合成炉。 在三氯氢硅合成炉内，硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物，此混合气体被称作三氯氢硅合成气。反应大量放热。合成炉外壁设置有水夹套，通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。 出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气，经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后，送入湿法除尘系统，被四氯化硅液体洗
多晶硅锭的生产流程 1. 生产工艺流程 （1） 制造工艺流程图 （2） 工艺流程简述 坩埚喷涂：其目的是为了在铸锭的过程中，防止坩埚的杂质混入硅料。喷涂 的Si 3N 4粉起到一个隔离杂质和防止粘埚的作用。 坩埚烧结：此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si 3N 4粉牢固附着在坩埚上。 多晶炉铸锭：将盛好硅料的坩埚放入多晶炉中，经高温熔化定向凝固铸锭。 （3）反应副产物 生产过程中产生含Si 3N 4粉尘的空气，过滤除尘后排放大气；铸锭过程中排放的少量氩气，直接排放入大气；铸锭后产生的石英坩埚碎片作为废物处理。
多晶铸锭操作流程 1 目的 为了保证正确操作多晶硅铸锭炉，使铸锭过程规范、有效地进行，并确保铸锭成功。 2 适用范围 多晶铸锭车间 3 规范性引用文件 无 4 职责 4.1 生产部负责铸锭的整个过程。 4.2 工厂工程部负责整个外围设施条件，以保证多晶炉正常运行的环境条件 要求。 5 术语和定义 5.1 坩埚喷涂： 在坩埚的内表面均匀喷涂Si 3N 4粉溶液，以防止在铸锭时坩埚和硅锭烧结在一起。其目的是为了在铸锭过程中，防止坩埚内的杂质扩散入硅锭。喷涂Si 3N 4粉起到了一个隔离杂质和防止粘埚的作用。 5.2 涂层烧结： 此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si 3N 4涂层牢固地附着在坩埚上。 5.3 多晶炉铸锭： 将硅料放入坩埚，并一起放入多晶炉中，硅料经高温熔化、定向凝固成为硅锭。 5.4 定向凝固： 在梯度热场中，液体朝一个方向凝固，固液界面近似于平面的凝固过程。
6 多晶炉工艺过程 6.1 准备石英坩埚 检查石英坩埚表面，不能有裂纹，内部不能有超过2mm 的划痕、凹坑、突起。 6.1.1 用压缩空气和去离子水清洁坩埚的内表面。 6.1.2 坩埚喷涂： 取250g 的Si 3N 4粉末，用滤网筛滤。然后取1000ml 的去离子水，将Si 3N 4粉末溶解到去离子水中，用气动搅拌泵搅拌均匀。喷涂时喷枪要距离坩埚内壁30cm 左右，只喷涂坩埚底部和侧壁3/4的地方，要均匀不要使液体凝聚。喷涂过程中要检测坩埚内表面的温度，应为80±5℃，不断用去油的压缩空气吹去掉落的颗粒。 6.1.3 将坩埚放在烧结炉中进行烘烤。 设定程序，用10分钟升到40℃，然后用6小时升到1000℃，在1070℃保温2∽3小时，然后等坩埚冷却后待用。 6.2 填料 将坩埚放在石墨板上，并一起放在磅秤上称量（磅秤必须归零）。要保证坩埚处于石墨板的中央，距石墨板周围4.3cm 左右，误差不得超过2mm 。向坩埚中填料240kg 左右。（特别注意：在填料的过程中尽量少走动，以免扬起灰尘）。 6.3 外围设施基本条件的准备 6.3.1 启动设备前，检查水、电、气。冷却水、气、电源检查没有问题后， 方可进行。 6.3.2 密切监视室内的温度和湿度，冷却水进水温度25±1℃，室温下相对 湿度不超过65%。
中文：太阳能电池组件生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 工艺流程如下： 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库； 1.2工艺简介： 在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识，具体内容后面再详细介绍： 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。(我们公司采用的是 手工焊接) 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前 采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组 件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。 7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。
在【技术应用】单晶、多晶硅片生产工艺流程详解（上）中，笔者介绍了单晶和多晶硅片工艺流程的前半部分，概述了一些工艺流程和概念，以及术语的相关知识。而本文则是从切片工艺开始了解，到磨片和吸杂，看硅片如何蜕变。 切片 切片综述 当单晶硅棒送至硅片生产区域时，晶棒已经过了头尾切除、滚磨、参考面磨制的过程，直接粘上碳板，再与切块粘接就能进行切片加工了。 为了能切割下单个的硅片，晶棒必须以某种方式进行切割。切片过程有一些要求：能按晶体的一特定的方向进行切割；切割面尽可能平整；引入硅片的损伤尽可能的少；材料的损失尽量少。 碳板 当硅片从晶棒上切割下来时，需要有某样东西能防止硅片松散地掉落下来。有代表性的 是用碳板与晶棒通过环氧粘合在一起从而使硅片从晶棒上切割下来后，仍粘在碳板上。 碳板不是粘接板的唯一选择，任何种类的粘接板和环氧结合剂都必须有以下几个特性：能支持硅片，防止其在切片过程中掉落并能容易地从粘板和环氧上剥离；还能保护硅片不受 污染。其它粘板材料还有陶瓷和环氧。 石墨 是一种用来支撑硅片的坚硬材料，它被做成与晶棒粘接部位一致的形状。大多数情况下， 碳板应严格地沿着晶棒的参考面粘接，这样碳板就能加工成矩形长条。当然，碳板也可以和 晶棒的其它部位粘接，但同样应与该部位形状一致。碳板的形状很重要，因为它要求能在碳板和晶棒间使用尽可能少的环氧和尽量短的距离。这个距离要求尽量短，因为环氧是一种相 当软的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。当刀片从硬的材料切到软的材料再到硬的材料，可能会引起硅片碎裂。 这里有一些选择环氧类型参考：强度、移动性和污染程度。粘接碳板与晶棒的环氧应有足够强的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成，因此，它必须能很容易地从硅片上移走，只有最小量的污染。 刀片 当从晶棒上切割下硅片时，期望切面平整、损伤小、沿特定方向切割并且损失的材料尽量小。有一个速度快、安全可靠、经济的切割方法是很值得的。 在半导体企业，两种通常被应用的方法是环型切割和线切割。环型切割通常是指内圆切 割，是将晶棒切割为硅片的最广泛采用的方法。 内圆切割
多晶硅生产工艺流程 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集 多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si（还原）多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显着、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑
半导体制造工艺流程 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 後段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性，而不合格的的晶粒将会被标上记号（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 半导体制造工艺分类 半导体制造工艺分类 一双极型IC的基本制造工艺： A在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离）ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B在元器件间自然隔离 I2L（饱和型） 半导体制造工艺分类 二MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分类 A铝栅工艺 B硅栅工艺
多晶硅生产工艺学
绪论 一、硅材料的发展概况 半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30年。美国是从1949～1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79年来说，美国产量1620～1670吨。日本420～440吨。西德700～800吨。预计到85年美国的产量将达到2700吨、日本1040吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58年有色金属研究院开始研究，65年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产
量仅达70～80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用 半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径： 为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施： 在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质量问题，搞好
单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? 3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? 4、扩散制结：
?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? 5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。 目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? 6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN 作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? 7、丝网印刷上下电极： ?电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电
多晶硅铸锭的晶体生长过程 在真空熔炼过后，还要经过一个降温稳定，就进入定向凝固阶段。这个过程既是多晶硅的晶体生长过程，也能够对回收料和冶金法多晶硅料中含有的杂质进行进一步的提纯。 （一）定向凝固与分凝现象 硅液中的杂质在硅液从底部开始凝固的时候，杂质趋向于向液体中运动，而不会停留在固体中。这个现象叫做分凝现象。 在固液界面稳定的时候，杂质在固体中的数量与在液体中的数量的比值，叫做分凝系数。分凝系数小于1的杂质，在进行定向凝固的时候，都会趋向于向顶部富集。富集的数量和程度，取决于分凝系数的多少。一般来说，金属杂质的分凝系数都在10-3以下（铝大约是0.08），所以，定向凝固方式除杂，对于金属杂质比较有效；而硼和磷的分凝系数分别为0.8和0.36，因此，硼和磷的分凝现象就不是太明显。 在定向凝固提纯的同时，考虑硅的长晶工艺，使得定向凝固后的硅能够成为多晶硅锭而直接进行切片，这就是将提纯与铸锭统一在一个工艺流程中完成了。这也是普罗的提纯铸锭炉的重要提纯手段。由于含有杂质的硅料和高纯料的结晶和熔液的性质都不太一样，因此，提纯铸锭炉所采用的热场与纯粹铸锭炉的热场是有区别的。 普罗新能源公司目前采用自己研制的提纯铸锭一体化的专利设计，比较成功地解决了这个问题，使得真空熔炼与铸锭是在一次工艺里完成的，既较好地解决了提纯的问题，也圆满地完成了铸锭的要求。 （二）晶体生长过程
定向凝固分为以下四个阶段，包括：晶胚形成、多晶生长、顶部收顶、退火冷却。 晶胚形成 在熔炼过后，要把硅溶液的温度降低到1440℃左右，并保持一段时间，然后，使坩埚底部开始冷却，冷却到熔点以下6-10℃左右，即1404-1408℃左右。 RDS4.0型的炉体降低底部温度的方法是降低底部功率，和逐渐打开底部热开关的方式。与常规铸锭炉的提升保温体和加热体方式相比，由于不存在四周先开始冷却然后才逐步到中央的过程，因此，底部温度要均匀得多。 铸锭时，底部红外测温的数据不完全是硅液底部的温度，因为，该测点与坩埚底部的硅液还隔了至少一层坩埚，因此，红外温度仅能参考，还是要根据每台炉子各自的经验数据。这时，底部会形成熔点以下的过冷液体，由于坩埚底部的微细结构的不均匀，在一些质点上会形成晶核，即这些质点会首先凝固，形成结晶。这些质点可能是坩埚上突出的不均匀点，可能是坩埚的凹陷，由于位置比其它位置低，所以在降温的时候，温度也会较低。 晶核形成后，由于太阳能电池需要的是径向尺寸较大的柱状晶，因此，最好不要让晶核一旦形成就立刻向上生长，这样会导致晶粒过细；而是首先要让晶核形成后，先在坩埚底部横向生长，等长到一定的尺寸后，再向上生长。这样，要求坩埚底部的温度在下降到熔点稍低后，就保持平稳，不再下降。这样，坩埚底部晶核形成后，由于向上生长时，温度太高，无法生长，因此，只能横向生长。 开始形成晶核时，由于坩埚底部的不均匀，晶核的形成也不均匀，有的地方密，有的地方稀疏。在这些晶核横向生长时，长到一定的程度，就会相遇，相遇后由于有生长的动力，在遇到其它晶片时，则遇到了阻力，当晶片遇到的阻力过大时，就会停止生长。有的时候，这种阻力可能会使与坩埚底部结合不牢固的晶片脱落，这样，比较牢固的就会在脱落掉的晶片留下的空隙继续生长，直到整个底部都布满晶片后，相互挤压，所有的晶片就只能开始向上生长。这时，各个开始向上长的片状晶体，就称之为晶胚。这就是晶胚形成的过程。
光伏组件生产工艺流程: A、工艺流程： 1、电池检测—— 2、正面焊接一检验一 3、背面串接一检验一 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）一一 5、层压一一 6、去毛边（去边、清洗）一一 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）一一 &焊接接线盒一一9、高压测试一一10、组件测试一外观检验一11、包装入库； B、工艺简介： 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同， 所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡 的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。（我们公司采用的是手工焊接） 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前 采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将前面电池”的正面电极（负极）焊接到后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、 玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出， 然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150 C。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。 7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。
多晶硅生产工艺 一、概述 世界正从工业社会向信息社会过渡，信息技术已成为促进社会发展和进步的关键技术，信息化程度的高低已成为衡量一个国家现代化水平的标志。 微电子技术是信息技术的基础和关键技术，集成电路又是微电子技术的核心，一代又一代更为优秀的集成电路的出现，推进着全球经济一体化的进程，而半导体硅材料则是集成电路最重要的、不可替代的基础功能材料，多晶硅则是集成电路大厦的“基石” 或“粮食”。 二、多晶硅生产现状 1、我国多晶硅生产现状 我国多晶硅工业起步于50年代，60年代中期实现工业化生产，70年代初曾一度盲目发展，生产厂发展到20余家。生产工艺多采用传统西门子法，由于技术水平低、生产规模小、产品质量差、消耗指标高环境污染严重、生产成本逐年增加等原因，多数生产厂难以维持生产而停产或倒闭，生产能力急剧萎缩，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急骤增加极不协调。生产消耗和生产能力变化分别见表1和表2。 由上表可知，目前国内多晶硅生产规模太小，产能不断萎缩，厂家分散，工艺技术落后，装置陈旧，消耗高，环境污染严重，生产十分艰难，1999年只生产了46t，仅占世界产量的0．4％，远不能满足国内市场的需要。如不积极组建现代化的、符合经济规模的大多晶硅厂，将制约我国生产符合集成电路和分离器件要求的高档次的单晶硅和硅片。多晶硅对我国半导体工业的发展至关重要。 2、国外多晶硅生产现状 多晶硅生产主要集中在美、日、德三国，世界市场由7家公司占有，1 998年多晶硅产量为16200t，其中德山曹达、黑姆洛克、瓦克三家公司占产量的63％。见表2—3。 目前生产的多晶硅能满足集成电路及功率器件发展的技术要求，用户不经腐蚀、清洗，直接装炉。多晶硅质量指标好，产品稳定，多晶硅N型电阻率都在1000Q·cm以上。改良西门子法技术的完善与发展，使原辅材料及能耗大为降低；多晶硅生产的主要工序都应用计算机控制、设备装备水平较高。 三、我国多晶硅市场需求 1、多晶硅严重短缺 在改革开放形势下，国内市场是世界市场的一部分，两者有相同之处，但也有差别。国内集成电路的市场正是如此，差别在于国内集成电路市场需求增长比国外更为迅速，1991
多晶硅硅片生产流程 (1)洗料 为得到纯净的多晶硅原料，须将多晶硅原料清洗，去除杂质和油污。将多晶硅料放入氢氟酸和硝酸中浸泡，然后用高纯水多次清洗，清洗干净后进入下一道工序。 b、烘料 将清洗干净的多晶硅原料放入烘箱中烘干。 c、装袋 烘干后的多晶硅原料按型号、电阻率分别包装。 d 、配料 根据生产需要将不同电阻率的多晶硅料加入母合金配制成符合要求的原料。（2）多晶铸锭阶段 a、准备阶段 经减压、放气后打开炉盖，清洁炉壁及石墨件，将清洗好的石英坩埚装入炉内。 b、投料 将配制好的多晶硅料500 公斤装入石英坩埚中，合上炉盖。检查水和泵油情况，正常后进入下一工序。 c、抽真空 密封炉盖后启动真空泵，将炉体内抽成真空，然后充入氩气。 d、化料 将坩埚加热到1420℃以上将多晶料融化。 e、定向凝固 多晶料全部融化后开始凝固多晶，开始时多晶每分钟生长0.8 mm～1.0 mm,长晶速度由工作台下移速度及冷却水流量控制，长晶速度近于常速，硅锭长度受设备及坩埚高度限制，当硅锭达到工艺要求时，凝固结束。停机使多晶炉降，约四个小时后将多晶锭取出。 f、检验
检验多晶锭的电阻率、寿命及氧炭含量，合格的进入下一道工序，不合格的作标记切断，部分可以回收重新铸锭。 （3）切片 a.多晶硅锭 将铸锭生产工序检测的硅锭清洗干净 b.切方 将硅锭固定在切方机上，要完全水平。固定好后切成方棒（6 英寸125mm×125m m；8 英寸156mm×156mm）。 c.抛光 将切好的方棒在抛光机上抛光。 e.清洗粘胶 将切方抛光好的方棒用超声波清洗机清洗干净后，粘在工件板的玻璃板上。 f.切片 将粘好硅棒的工件板按在切片机上（4 根），将硅片切成180微米厚的硅片。 g.脱胶 将切割好的粘在玻璃板上的硅片用70 度的热水将硅片与玻璃板分离 h.清洗 将脱过胶的硅片插在硅片盒中在超声波清洗机中清洗。清洗时先在常清水中清洗，然后在放有清洗剂的70度热水中清洗，最后在常清水中清洗。 i.甩干 将经过清洗的硅片连盒插在甩干机的甩干工位上甩干。 j.检片 将甩干好的硅片检测硅片TV 和TTV 及表面洁净度，并将硅片按等级分类。k.包装 该工艺方案具有简单，易操作，产品成品率高等特点。
太阳能电池光电转换原理主要是利用太阳光射入太阳能电池后产生电子电洞对，利用P-N 接面的电场将电子电洞对分离,利用上下电极将这些电子电洞引出，从而产生电流。整个生产流程以多晶硅切片为原料，制成多晶硅太阳能电池芯片。处理工艺主要有多晶硅切片清洗、磷扩散、氧化层去除、抗反射膜沉积、电极网印、烧结、镭射切割、测试分类包装等。 生产工艺主要分为以下过程： ⑴ 表面处理（多晶硅片清洗、制绒） 与单晶硅绒面制备采用碱液和异丙醇腐蚀工艺不同，多晶硅绒面制备采用氢氟酸和硝酸配成的腐蚀液对多晶硅体表面进行腐蚀。一定浓度的强酸液对硅表面进行晶体的各相异性腐蚀，使得硅表面成为无数个小“金字塔”组成的凹凸表面，也就是所谓的“绒面”，以增加了光的反射吸收，提高电池的短路电流和转换效率。从电镜的检测结果看，小“金字塔”的底边平均约为10um 。主要反应式为： 32234HNO 4NO +3SiO +2H O Si +???→↑氢氟酸 2262SiO 62H O HF H SiF +→+ 这个过程在硅片表面形成一层均匀的反射层（制绒），作为制备P-N 结衬底。处理后对硅片进行碱洗、酸洗、纯水洗，此过程在封闭的酸蚀刻机中进行。碱洗是为了清洗掉硅片未完全反应的表面腐蚀层，因为混酸中HF 比例不能太高，否则腐蚀速度会比较慢，其反应式为：2232SiO +2KOH K SiO +H O →。之后再经过酸洗中和表面的碱液，使表面的杂质清理干净，形成纯净的绒面多晶硅片。 酸蚀刻机内设置了一定数量的清洗槽，各股废液及废水均能单独收集。此过程中的废酸液（L 1，主要成分为废硝酸、氢氟酸和H 2SiF 6）、废碱液（L 2，主要成分为废KOH 、K 2SiO 3）、废酸液（L 3，主要成分为废氢氟酸以及盐酸）均能单独收集，酸碱洗后均由少量纯水洗涤，纯水预洗废液（S 1、S 2、S 3）和两级纯水漂洗废水（W 1），收集后排入厂区污水预处理设施，处理达标后通过专管接入清流县市政污水管网。 此过程中使用的硝酸、氢氟酸均有一定的挥发性，产生的酸性废气（G 1-1、G 1-2），经设备出气口进管道收集系统，经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。G 1-2与后序PECVD 工序产生的G 5（硅烃、氨气）合并收集后经过两级水吸收处理后经排气筒排放。
Corresponding author . Tel./fax: t886 2 2363 3917. Journal of Crystal Growth ] (]]]]) ]]]–]]] 1 3 5 7 9 11 Contents lists available at SciVerse ScienceDirect Journal of Crystal Growth 晶体生长杂志 journal homepage: https://www.doczj.com/doc/bc2473972.html,/locate/jcrysgro Grain control in directional solidi?cation of photovoltaic silicon 光伏硅材料定向凝固中的晶粒控制 13 15 17 19 Q1 C.W. Lan a,n , W.C. Lan b , T .F . Lee a , A. Yu b , Y.M. Yang b , W.C. Hsu b , B. Hsu b , A. Yang c a Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, Taipei 10617, Taiwan, ROC b Sino-American Silicon Productions Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC c Solartech Energy Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC a r t i c l e i n f o abstract 摘要 21 23 25 27 29 31 Keywords:关键词 A1. Directional solidi?cation 定向凝固 A3. Grain Growth 晶粒生长 B2. Semiconducting Materials 半导体材料 B2. Semiconducting silicon 半导体硅 B3. Solar cells 太阳能电池 光伏产业中，定向凝固已成为太阳能电池多晶硅生产的主要工艺。 晶粒以及晶界的控制对晶体的质量以及太阳能电池的转换效率至关重要。 本文，我们将通过从实验室规模到产业规模的不同级别的实验来回顾多晶硅定向凝固的晶粒控制工艺的进展。 33 67 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 1. 引言 随着全球变暖和矿物能源短缺，光伏产业近年来发展极为迅速 绝大多数太阳能电池是由硅材料制成的。尤其，由于硅材料成本低， 生产流通量高，定向凝固的多晶硅因此受到了关注。 2010年，多晶硅的市场占有率接近50%10GW 。 硅是太阳能电池的吸收器，硅的质量对于转换效率显得非常关键。 但是，在经氮化物喷涂的石英坩埚中采用定向凝固方法生成的多晶硅， 目前存在很多缺陷，比如，晶界无规则、位错、夹杂、杂质。 这些缺陷，尤其是位错，通常是光生电子和空穴的复合中心， 它们必然对电池性能有不利影响。因此，多晶硅电池的转换效率， 一般来说会远远低于单晶硅电池的转换效率。[1] 研究发现，晶粒和晶界对硅片质量有深刻影响，同理， 对多晶太阳能电池的转换效率也甚为重要。[2-6]更有趣的是，晶粒取向、 晶界和位错密度是紧密相关的，在硅片的性能方面它们都扮演着非常 重要的角色。[4-8] n E-mail address: cwlan@https://www.doczj.com/doc/bc2473972.html,.tw (C.W. Lan). 0022-0248/$ - see front matter & 2012 Published by Elsevier B.V. 在不同的方向情况下，晶界会造成不同的机械和电气特性[2-3.9]。例如，?3晶界 有较大的切削抗压力，有助于超薄切片[9]。此外，它拥有电气惰性（即使是被污染 的样本）以至于它无法成为电子和空穴的复合中心[10,11]。另外，含有孪晶或者固定晶向的晶粒，根据腐蚀坑密度（EPD ）显示出的位错密度也比较低。[8]现在普遍认为，对于质地洁净未受污染的硅片，少子寿命和电池转换效率都和位错密度，尤其是位错簇群密切相关。所以，为了得到高质量的多晶硅片、高转换效率的电池，晶粒控制就显得格外重要。 在多晶硅DS 生长技术发展早期，增大晶粒尺寸、减少晶界被认为是提高晶体质量和转换效率的最直接的方法[12]。从生长速率和生长界面形状，业界一致认为通过降低冷却速度和晶粒竞争，严密控制最初的成核过程是非常关键的步骤[13]。有些观点是正确的，有些还不能定论。例如，一个平面的或略微凸面的生长界面，对减少来自坩埚内壁的寄生成核是很有利的，热应力同样如此[12-14]。然而，如果成核阶段的过冷度和生长速率太低，对于晶粒成长的作用也不一定都是正面的。最近的研究结果表明，高的初始冷却会诱导枝晶的生长，很有可能会产生高质量的大晶粒[4,15]。 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 95 97 doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.01.007