铸造多晶硅

铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响对于太阳电池材料，勺子寿命是衡量材料性能的一个重要参数。

多晶硅锭中存在高密度的缺陷和高浓度的杂质(氧、碳以及过渡族金属铁等)。

有研究表明，相比于晶界和位错，氧、铁等主要的杂质元素对硅锭中少子寿命的影响更大。

氧是铸造多晶硅材料中最主要的杂质元素之一，间隙氧通常不显电学活性，对少子寿命没有影响。

但在晶体生长或热处理时，在不同温度氧会形成热施主、新施主、氧沉淀，氧沉淀会吸引铁等金属元素。

另外铁也被认为铸造多晶硅中最常见的有害杂质之一。

P型硅中，铁通常与硼结合成铁-硼对，铁一硼对在室温下能稳定存在，但在200℃下热处理或者强光照可以使铁一硼对分解而形成间隙铁离子和硼离子，由于间隙铁离子和铁一硼对少数载流子复合能力的不同，使得处理前后少子寿命值出现变化，从而可以建立起间隙铁浓度对应少子寿命值变化之间的关系。

杂质在铸造多晶硅硅锭中的分布，与该杂质在硅中的分凝系数K有关。

在铸造多晶硅锭料由底部向顶部逐渐凝固时，如果杂质的分凝系数K<1，则凝固过程中，固相中的杂质不断地被带到熔体中，出现杂质向底部集中，越接近底部浓度越大，相反，如果分凝系数K>1，则杂质集中在顶部，越接近顶部浓度越大。

氧主要集中在硅锭头部，其浓度呈现从硅锭底部向顶部逐渐降低的趋势。

可以认为分凝机制对于氧在熔体硅中的传递和分布起主要作用。

间隙铁分布为：头部和尾部浓度较高，中间部分浓度较低，且分布较为均匀。

这与仅由分凝机制决定的间隙铁浓度分布，特别是在底部处产生了较大偏离。

硅锭底部处出现了较大的间隙铁浓度，由于铁在硅中具有较大的扩散系数，所以这可能是硅锭底部凝固完成后的冷却过程中，铁由坩埚或者氮化硅保护层向其进行固相扩散的结果。

事实上硅锭的底部最先开始凝固，通常整个凝固过程将持续数十小时，硅锭底部将有较长时间处于高温状态，因而使得固相扩散的现象有可能发生。

固相扩散的程度与凝固后硅锭的冷却速率以及各温度下的铁的扩散系数有关。

多晶硅铸锭工艺流程首先是炉外气氛净化的工艺步骤。

炉外气氛净化是为了防止多晶硅制备过程中受到杂质的污染。

该步骤通常包括热氢气体的预净化、氢气和氩气混合气体的净化和净化后流经硅原料的高纯气流净化等过程，以确保多晶硅的高纯度。

接下来是硅熔炼的工艺步骤。

硅熔炼是将高纯度硅原料进行熔融，形成硅液的过程。

一般采用的炉型有电阻炉和感应炉。

原料硅经过预热后在熔炼炉中加热至熔点以上，形成熔融的硅液。

为了保证硅液的纯度，熔炼中要注意控制氧气含量以避免氧化，同时定期检测硅液中的杂质含量。

第三个步骤是硅液稀释。

硅液稀释是为了减少硅液的纯度，使其适用于铸锭成型。

主要通过向硅液中加入高纯度的硅原料稀释剂，将硅液的纯度降低到所需的水平。

稀释剂加入的量需要根据目标硅液纯度和成本来进行调整。

接下来是浇注成铸锭的工艺步骤。

稀释后的硅液通过铸锭机浇注进铸锭模具中，形成硅铸锭。

为了确保铸锭质量，需要控制浇注速度、温度和铸锭旋转速度等参数。

同时还要注意避免气泡和杂质的污染。

然后是退火的工艺步骤。

铸锭成型后需要进行退火处理，以消除内部应力和杂质的影响，提高硅材料的电学性能。

退火条件通常包括温度、气氛和时长的控制。

通过退火处理，硅铸锭的结晶结构得到优化，提高了电池和集成电路的性能。

最后是切割的工艺步骤。

硅铸锭经过退火处理后，需要进行切割成硅片。

切割通常采用线切割或磁力切割技术。

切割后的硅片可以用于制备太阳能电池或集成电路等应用。

综上所述，多晶硅铸锭工艺流程包括炉外气氛净化、硅熔炼、硅液稀释、浇注成铸锭、退火和切割等步骤。

每一步骤都需要严格控制工艺参数，以确保多晶硅的高纯度和铸锭的质量。

这些工艺步骤是制备高质量多晶硅铸锭的关键。

缺陷和杂质2023-11-09•铸造多晶硅太阳电池概述•铸造多晶硅的结构缺陷•铸造多晶硅中的杂质目录•铸造多晶硅结构缺陷和杂质的表征与检测方法•铸造多晶硅结构缺陷和杂质的控制与优化•展望与未来发展趋势01铸造多晶硅太阳电池概述铸造多晶硅太阳电池的制造工艺已经非常成熟，可以实现大规模生产。

制造工艺成熟转换效率较高制造成本较低铸造多晶硅太阳电池的转换效率较高，可以满足大部分应用需求。

铸造多晶硅太阳电池的制造成本较低，具有较好的经济性。

030201吸光层由多晶硅材料构成，能够吸收太阳光并将其转化为电能。

吸光层导电层由掺杂的多晶硅材料构成，能够将吸光层产生的电流导出并传输到外部电路中。

导电层背反射器用于将太阳光反射回吸光层，以增加光吸收效果。

背反射器导电层制备将掺杂的多晶硅材料通过热处理和加工等工艺制成导电层。

铸造多晶硅太阳电池的制造过程原材料准备制造铸造多晶硅太阳电池需要准备多晶硅材料、掺杂剂、反射器等原材料。

吸光层制备将多晶硅材料通过热处理和掺杂等工艺制成吸光层。

背反射器制备将反射器材料通过加工等工艺制成背反射器。

组装将吸光层、导电层和背反射器组装在一起，形成完整的铸造多晶硅太阳电池。

02铸造多晶硅的结构缺陷在铸造多晶硅中，晶界是常见的结构缺陷。

晶界是指不同晶粒之间的交界，通常会对材料的性能产生负面影响。

在太阳电池中，晶界会降低载流子的迁移率，导致光电转换效率下降。

晶界位错是指晶体结构中的原子排列错位。

在铸造多晶硅中，位错会破坏晶体结构的周期性，导致能带结构发生变化。

位错还会影响载流子的散射和复合，进一步降低太阳电池的性能。

位错铸造多晶硅中的晶界与位错杂质陷阱在铸造多晶硅中，杂质原子通常会聚集在晶界或位错等缺陷处。

这些杂质原子会捕获电子或空穴，形成杂质能级，从而影响载流子的迁移和复合过程。

杂质陷阱对太阳电池的光电转换效率产生负面影响。

热处理与杂质陷阱通过热处理可以部分消除杂质陷阱的影响。

在高温下，杂质原子有机会从缺陷处扩散出去，从而减少杂质陷阱的数量。

多晶硅铸锭炉操作与生产流程多晶硅铸锭是制备太阳能电池元件的重要材料之一、多晶硅铸锭炉的操作与生产流程包括原料准备、炉料制备、炉料充填、炉体封闭、炉体预热、炉体烧结、炉体冷却、铸锭取出等多个环节。

下面将逐一介绍这些环节的具体过程。

首先是原料准备。

多晶硅铸锭的主要原材料是硅石（SiO2）和木炭（C）。

硅石作为含硅的原料，在反应过程中能与木炭发生反应生成多晶硅。

为了保证炉料中硅石和木炭的质量均匀性和纯度，需要进行粉碎、筛分和干燥等处理。

接着是炉料制备。

将经过处理的硅石和木炭按一定比例混合，形成炉料。

炉料的混合比例对最终多晶硅铸锭的质量有很大影响，需要经过工艺参数的优化。

炉料充填是将炉料填充进铸锭炉中的过程。

首先，在铸锭炉的底部放置一层中性炉底材料，然后将炉料均匀地放置在中性炉底材料上，并用振动装置进行压实，以确保炉料充填的均匀性和致密性。

炉体封闭是指将铸锭炉密封起来，以防止炉内温度损失和杂质的进入。

封闭可以通过炉盖或壳体的安装等方式进行。

炉体预热是在充填好炉料并封闭炉体后，将铸锭炉进行加热。

预热的目的是将炉料中的水分和其他杂质蒸发和氧化，为炉体烧结做准备。

炉体烧结是将铸锭炉内的炉料进行高温加热，使硅石和木炭发生化学反应生成多晶硅。

炉体烧结的过程中需要控制炉内的气氛，以保证反应能够正常进行，并通过周期性的气氛调整来降低氧气、水分和其他杂质的含量。

炉体冷却是将烧结好的多晶硅铸锭炉进行冷却。

冷却过程需要控制冷却速度，以避免产生过多的晶界缺陷。

冷却的同时，还需要进行炉体内部的清理，以去除可能存在的杂质。

最后是铸锭取出。

在冷却完成后，将多晶硅铸锭从炉体中取出。

取出后，需要对铸锭进行切割和抛光等处理，得到适合太阳能电池元件制备的晶体硅片。

以上就是多晶硅铸锭炉的操作与生产流程的具体介绍。

通过上述环节的有序进行，能够得到质量稳定、纯度高的多晶硅铸锭，为后续的太阳能电池元件制备提供可靠的材料基础。

第1篇一、引言多晶硅是光伏产业和半导体产业的重要原材料，广泛应用于太阳能电池、太阳能热利用、半导体器件等领域。

随着新能源产业的快速发展，对多晶硅的需求量日益增加。

本文将详细介绍多晶硅的生产工艺流程，旨在为相关企业和研究人员提供参考。

二、多晶硅生产工艺流程概述多晶硅的生产工艺流程主要包括以下几个阶段：原料处理、还原反应、熔融提纯、铸造、切割、清洗、包装等。

三、多晶硅生产工艺流程详解1. 原料处理多晶硅的生产原料主要是冶金级硅（Si），其含量在98%以上。

首先，将冶金级硅进行破碎、研磨等处理，使其达到一定的粒度要求。

2. 还原反应还原反应是多晶硅生产的关键环节，其主要目的是将冶金级硅中的杂质去除，得到高纯度的多晶硅。

还原反应分为以下几个步骤：（1）将处理后的冶金级硅加入还原炉中。

（2）在还原炉中通入还原剂，如碳、氢气等，与冶金级硅发生还原反应。

（3）在还原过程中，炉内温度保持在约1100℃左右，反应时间为几小时至几十小时。

（4）反应结束后，将还原炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。

3. 熔融提纯还原反应得到的粗多晶硅中仍含有一定的杂质，需要通过熔融提纯的方法进一步去除。

熔融提纯主要包括以下几个步骤：（1）将粗多晶硅加入熔融炉中。

（2）在熔融炉中通入提纯剂，如氢气、氯气等，与粗多晶硅发生反应，生成挥发性杂质。

（3）将挥发性杂质通过炉顶排气系统排出，实现提纯。

（4）提纯结束后，将熔融炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。

4. 铸造将提纯后的多晶硅熔体倒入铸造炉中，进行铸造。

铸造过程主要包括以下几个步骤：（1）将熔融的多晶硅倒入铸锭模具中。

（2）在铸锭模具中通入冷却水，使多晶硅迅速凝固。

（3）待多晶硅凝固后，将铸锭模具从熔融炉中取出，得到多晶硅铸锭。

5. 切割将多晶硅铸锭切割成所需尺寸的硅片。

切割过程主要包括以下几个步骤：（1）将多晶硅铸锭放置在切割机上。

（2）在切割机上安装切割刀片，将多晶硅铸锭切割成硅片。

铸锭多晶硅的工艺流程铸锭多晶硅工艺和直拉单晶工艺都属于定向凝固过程，不过后者不需要籽晶。

当硅料完全融化后，缓慢下降坩埚，通过热交换台进行热量交换，使硅熔液形成垂直的，上高下低的温度梯度，保证垂直方向散热，此温度梯度会使硅在锅底产生很多自发晶核，自下而上的结晶，同时要求固液界面水平，这些自发晶核开始长大，由下而上地生长，直到整锅熔体结晶完毕，定向凝固就完成了，当所有的硅都固化之后，铸块再经过退火，冷却等步骤最终生产出高质量的铸锭。

冷却到规定温度后，开炉出锭。

铸锭多晶硅的优缺点相对于直拉单晶来说，铸锭多晶硅有如下优点1、备制造简单，容易实现全自动控制。

2、料比较广泛，可以利用直拉头尾料、集成电路的废片以及粒状硅料等，当然要将原工艺过程中的污染经过喷砂，腐蚀等手段清洗干净。

3、料量大，产量高，适合大规模生产。

4 、片大小可以随意选取i，例如690MM的方锭可以切成125MM 的方锭25个，也可切成156MM的方锭16个等。

铸锭溶晶生产大尺寸方片，但直拉法就难一些。

点晶体的熔无论融化了已经变成的熔体，或尚未融化的固体都在处在同一个温度值，尽管继续加热，温度却始终保持不变，这个温度就是晶体的熔点。

单晶硅的导热性与方向有关。

多晶硅片上有很多的晶粒，晶粒之间有明显的晶界，由于晶向各不相同，呈现出深浅不同的色差。

直拉单晶炉的热系统及热场1、热系统直拉单晶炉的热系统是指为了融化硅料，并保持在一定温度下进行单晶生长的整个系统，它包括加热器、保温罩、保温盖、托碗（石墨坩埚）、电极等部件，它们是由耐高温的高纯石墨和碳毡材料加工而成的。

加热系统长期使用在高温下，所以要求石墨材质结构均匀致密、坚固、耐用，变形小，无空洞，气孔率≤24%，无裂纹，弯曲强度40~60Mpa,颗粒度0.02~0.05mm,体积密度1.70~1.80g/310-cm,灰分≤1⨯4（100ppm)，金属杂质含量少，一般检测值在410-%数量级。

10-%~6加热器是热系统中最重要的部件，是直接的发热体，温度最高时达到1600。

多晶铸锭工艺流程多晶铸锭工艺流程指的是将多晶硅（或者硅块）融化并凝固成为晶体锭的过程。

下面是一个典型的多晶铸锭工艺流程。

1. 原料准备：首先，需要准备多晶硅原料。

这些原料通常以硅金属块或者废旧硅切块的形式存在。

原料需要经过化学处理，去除杂质和杂质。

2. 炉料装载：将经过处理的硅原料装入炉中。

炉子通常是石英炉或者石英坩埚。

炉子需要加热到适当的温度，以使硅原料熔化。

3. 熔化：在适当的温度下，硅原料开始熔化。

加热的过程中，炉子中的气氛需要控制，通常是用氢气或者氮气气氛。

这是为了防止氧气与熔化的硅反应，从而避免氧化和杂质生成。

4. 除气：一旦熔化完成，需要除去病毒中的气体，以避免在凝固过程中产生气泡。

为此，可以利用真空泵进行真空处理，或者通过通入气体使熔池表面生成气泡并将其移除。

5. 铸模准备：在硅熔池准备好之后，需要准备合适的铸模。

铸模可以是石英坩埚，也可以是具有特定形状的金属模具，用于定向凝固过程。

6. 凝固：将准备好的铸模浸入硅熔池中，开始凝固过程。

凝固速度需要控制得当，以确保晶体的结晶质量。

通常，凝固速度较快时，多晶硅晶体的结晶度较低；而凝固速度较慢时，晶体的结晶度较高。

此外，凝固过程中，温度和气氛的控制也非常关键。

7. 破模：当多晶硅晶体完全凝固之后，需要将其从铸模中取出。

这通常需要用机械工具或者化学方法进行破模。

在破模过程中，需要小心操作，以避免对晶体造成损害。

8. 切割：一旦晶体从铸模中取出，需要将其切割成合适的尺寸。

这可以用钻石工具进行切割，切割后得到的是硅片。

硅片的尺寸和厚度可以根据需要进行调节。

9. 清洗：最后，需要对切割好的硅片进行清洗和去除杂质。

这是为了确保硅片的纯净度和表面平整度。

综上所述，多晶铸锭工艺流程是一个涉及熔化、除气、凝固、破模、切割和清洗等多个步骤的复杂过程。

不同的工艺参数和条件将直接影响到多晶硅晶体的质量和晶格结构。

因此，精确控制每个步骤是非常重要的，以确保最终产品的质量和性能。