多晶硅锭主要通过定向凝固法生长,由于这种方法成本低且产量高,使其成为太阳能电池材料最重要的衬底之一。传统的多晶硅锭是在石英坩埚底部的氮化硅涂层上形核,晶粒较大且位错密度较高。自2011年以来出现了使用多晶硅作为籽晶诱导多晶硅锭生长,也被称为高效多晶硅,它是光伏产业取得的一个重大进展。与传统生长方式大晶粒多晶硅锭不同,使用籽晶诱导的多晶硅锭的晶粒尺寸细小均匀,晶粒取向分布更均匀,具有高比例的随机晶界和较低的位错密度,电池转化效率显著提高且分布更窄。目前主要的多晶硅片厂家都转向使用籽晶来辅助生长多晶硅锭,在籽晶选择方面,流化床颗粒硅或西门子多晶硅是最常用的籽晶材料,位于坩埚底部的籽晶提供了许多用于外延生长的成核点,硅熔体在一定的过冷度下很容易从籽晶上进行引晶。但是多晶硅籽晶诱导技术也存在不可忽视的缺点,首先它需要在坩埚底部进行精确的热场控制用于保留部分籽晶,因此该方法的熔化时间比传统的更长导致产能降低,其次,流化床颗粒硅或西门子多晶硅籽晶的比表面积较大容易造成杂质污染。因此,使用多晶硅籽晶诱导的多晶硅锭在底部呈现出更多的低少数载流子寿命区域。本课题研究制备不同的硅粉形核剂用于生长高效多晶硅锭,发现采用5-30um粒径的硅粉形核剂易形成小晶粒形核,硅锭的少子寿命均匀性较好,硅锭尾部的少子寿命不良长度明显短于半熔法高效多晶硅锭,使硅锭的出材率提高了3%以上,铸锭时间和铸锭能耗也有一定程度的降低,从而降低了铸锭成本,同时该方法生长的高效多晶硅片制备成的太阳电池效率与半熔法高效多晶硅片相当。除了坩埚底部形核外,本课题还研究了利用硅粉在坩埚侧壁制备功能涂层,该涂层可以在硅锭侧壁形核成小晶粒,显著降低硅锭边部区域硅块的红边宽度,从改善前的36mm降低至9mm,硅片PL测试的黑边宽度明显降低,晶体缺陷也有一定程度的减少,碳氧含量与半熔法硅锭差异性较小,制备成的太阳电池效率提升了0.05%。