投料量和拉速对N型直拉单晶硅氧碳含量及电性能的影响

来源 :科技致富向导 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a15088392710
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  尹东坡
  【摘 要】研究了投料量和拉速对N型直拉单晶硅头部氧碳含量和漩涡缺陷的影响,并对漩涡缺陷和氧含量对少子寿命及电池性能的影响进行了分析。头部氧含量随着投料量增加而升高,随着拉速提高而降低,碳含量与投料量和拉速的关系不大。投料量增加将会引起漩涡缺陷的增加,而提高拉速对其具有抑制作用。漩涡缺陷和高氧含量诱发的二次缺陷均会降低单晶硅少子寿命,增加电池低效段比例。
  【关键词】直拉单晶硅;投料量;拉速;氧碳含量;电性能
  随着对太阳能电池需求的不断增加,光伏市场竞争日趋激烈,为了使N型单晶电池能够满足市场需求,保证转换效率的同时必须不断降低成本。为此,保证N型单晶硅内在品质并进一步降低生产成本是必然趋势,而扩大晶体直径、加大投料量则是降低成本的重要手段。本文采用直拉法生产8寸N型单晶硅,对投料量和拉速改变后氧碳含量、少子寿命及电池性能进行了测试,并对氧碳含量和内部缺陷与硅棒电性能的关系进行了分析。
  1.试验部分
  1.1基本试验条件
  采用TDR-100型单晶炉,22寸热场,共进行5次实验,前3次投料量分别使用120kg、130kg、140kg,等径前200mm平均拉速为0.9mm/min,命名为CZ120、CZ130、CZ140-1。后两次实验投料量使用140kg,等径前200mm平均拉速分别为1.0mm/min和1.1mm/min,命名为CZ140-2、CZ140-3。
  1.2取样及分析测试
  晶棒破段后,使用Sinton instruments测试仪测试晶棒头部少子寿命;取每根样品头部2mm硅片进行化学抛光和清洗,使用Thermo Nicolet FT-IR spectrometer测试氧碳含量,使用BT Imaging LIS-P1测试硅片PL图;切片厚度200μm,取晶棒头部200mm硅片(约530片)在单晶电池线制作电池并进行性能测试,取不同电池效率范围样片进行PL测试。
  2.结果和讨论
  2.1投料量及拉速对氧碳含量的影响
  所示随着投料量从120kg增加到140kg,头部氧含量逐渐从25.1ppma上升到31.2ppma,而拉速从0.9mm/min增加到1.1mm/min,氧含量从31.2ppma下降至28.8ppma。
  晶棒中氧含量主要受到氧产生和输送控制,CZ120、CZ130、CZ140-1除投料量外其他工艺参数不变,单位体积内氧产生量变化不大,所以氧含量增加主要受热对流影响。热对流主要是熔体中温度差产生,热熔体沿坩埚壁上升,到坩埚中心下降[1]。
  等径初期,熔体较多,拉速提升对熔体对流影响不大。但拉速提升后,单位时间内进入单晶棒的氧含量减少,所以从CZ140-1到CZ140-3氧含量逐渐下降。
  碳主要来自多晶硅原料、晶体生长炉内的剩余气体以及石英坩埚与石墨器件的反应。高温石英坩埚与石墨加热器件反应,生成SiO和CO,其中CO气体不易挥发,大多进入硅熔体与熔硅反应,产生单质碳和SiO,而SiO大部分从熔体表面挥发,碳则留在熔硅中,最终进入晶体硅。
  试验中使用原料均为高纯原硅料且投料量和拉速的改变对加热器功率影响不明显,由于碳分凝系数较低,实验中头部碳含量均保持在较低的水平,范围在0.4-0.6ppma。
  2.2投料量及拉速对少子寿命影响
  随着投料量增加少子寿命逐渐降低,由CZ120的2570μs大幅降至CZ140-1的787μs,降低69%。而随着拉速的增加少子寿命逐渐增加,CZ140-3提升至2184μs。试验棒头部出现较严重的漩涡,而对比片(硅棒400mm左右样片)漩涡不太明显。
  等径初期由于熔体对流较强且转肩后温度不够稳定,造成生长界面温度波动较大,并且晶体是一边旋转一边生长,容易在晶体中形成呈条纹状分布的微缺陷,即漩涡缺陷。随着等径过程的进行,生长界面温度趋于平稳且熔体高度降低、对流减弱,漩涡缺陷也相应减弱,对比片漩涡条纹不明显。
  随着投料量从120kg增加至140kg,熔体高度增加,如前面讨论的格拉斯霍夫数增大,熔体自然对流增强。增强的自然对流造成固液生长界面的温度波动更加剧烈,剧烈的温度波动更易使晶体内部形成漩涡缺陷,进而发展成为位错。位错对少子寿命有很大的影响,所以投料量增加后少子寿命逐渐降低。另外由于投料量提升后氧含量进一步升高,氧容易与漩涡缺陷相互作用或以其他形式引起二次缺陷(如位错和堆垛层错),对少子寿命产生影响。
  随着拉速的增加,晶体界面附近的温度梯度减少,熔体界面附近的温度梯度也相应减小,即界面附近温度波动减弱,漩涡缺陷被抑制。所以随着拉速的增加,少子寿命逐渐升高。另外,拉速提高后氧含量的降低对少子寿命也有一定贡献。
  2.3 投料量及拉速对电池性能的影响
  取各实验棒头部前200mm进行切片并跟踪电池性能。定义电池效率小于17.5%为低效片。通过低效片数量可计算出晶棒中产生低效片的单晶硅棒长度(从等径头部开始计算)。
  即:低效长度=低效片数量*槽距/合格率
  其中槽距按照0.365mm计算,合格率按96%计算。
  各实验单晶棒低效长度随着投料量从120kg增加至140kg,低效长度从27mm增加至167mm;随着拉速增加至1.1mm/min,低效长度降低至57mm。低效率片(16.9%)中整片均存在较严重的条纹,尤其是中心部分,这是我们常说的“黑心片“。中效率片(17.6%)外围存在一定的条纹,而高效片(18.4%)中整片均为发现条纹。
  如前面讨论的,晶棒头部均存在一定的漩涡缺陷,对硅片的少子寿命产生影响,这种影响将会延续到电池,造成电池产生“黑心片”。尤其是当投料量增加后,由于温度波动产生的漩涡缺陷影响的范围进一步增加,电池中低效的比例急剧增加,投料量增加1.2倍,而低效长度增加6.2倍。如果只增加投料量而不相应改变工艺参数将对电池性能产生巨大影响。拉速提升后,低效长度减小,这进一步证实了前面讨论的观点,即拉速提升对漩涡缺陷产生抑制作用,使漩涡缺陷影响范围减小。
  根据V.V.Voronkov文献,V/G存在临界值,当V/G大于临界值时主要以空位缺陷为主,相反则以自间隙缺陷为主,氧容易在空位和自间隙缺陷交界处的一定范围内成核,后续进一步发展成为环状的氧化誘生堆垛层错(OISF),该过程主要受V/G和氧含量控制。中效片中“黑环”可能为OISF,该缺陷会影响少子寿命,进而影响电池性能。由于头部高的氧含量,OISF缺陷也应存在与低效片中,但与漩涡缺陷都为环状,不易分辨。这与前面讨论的氧含量对少子寿命的影响是相一致的。
  3.结论
  随着投料量从120kg提升至140kg,头部氧含量提升1.24倍,拉速从0.9mm/min提升至1.1mm/min,氧含量降低7.7%,投料量和拉速的改变对碳含量影响不大。投料量增加将会引起漩涡缺陷的增加,而提高拉速对漩涡缺陷具有抑制作用。漩涡缺陷会降低硅棒少子寿命,增加硅棒低效长度,在电池中产生“黑心片”。高的氧含量会诱生二次缺陷,如OISF,对少子寿命和电池效率产生不良影响。提高投料量并相应提高拉速,降低成本的同时可保证后续电池性能稳定。
  【参考文献】
  [1]宇慧平等.数值模拟自然对流对直拉单晶硅的影响[J].人工晶体学报,2006,(4):695-701.
  [2]阙端麟等.硅材料科学与技术[M].杭州:浙江大学出版社,2000.
其他文献
【摘 要】本文简单介绍了UPS电源在广播电视发射中的重要作用、UPS电源主机的维护保养知识,着重介绍了UPS电源的结构和工作原理,并讨论了UPS电源蓄电池组在使用中的注意事项,总结了一些经验,希望能给读者了解和使用、维护UPS电源提供一定的帮助。  【关键词】不间断电源UPS;铅酸免维护蓄电池;维护  0.前言  UPS是不间断电源(uninterruptible power system)的英文
【摘 要】随着AP等无线接入设备的广泛部署,如何及时、准确把握WLAN网络的动态变化和运行情况,以及网络资源的详细信息,提供全面深入的自动搜索、监测、告警等管理,有效保障用户信息平台不间断的正常、持续、稳定运行,正逐渐成为网络管理人员非常关心的一个问题。本文主要通过对WLAN接入设备和系统管理之间的主要差异进行分析,提出WLAN智能网管系统的建设方案。  【关键词】WLAN;网管;AP  0.引言
期刊
【摘 要】随着社会化大生产的到来,人们在生产活动中对于机械的依赖越来越严重,有许多的车间作业已经实现了全自动化,在这种情况下,机械制造业对于人们的生产和生活的重要性也就越来越高。基于此,笔者谈谈近些年来的机械制造的技术的发展。  【关键词】制造工艺;机械制造业;新技术  现代社会中,科学技术已经成为了第一生产力,无论是商品的制造,还是工具的制造,都依靠科学技术的使用和生产设备的应用,所以,谁掌握了
【摘 要】高直链淀粉含有较高的直链淀粉比例,具有快速凝胶、高凝胶强度和硬度,以及高结构稳定性等特点。高直链玉米淀粉是制备抗性淀粉的最佳原料,并且具有特别优良的成膜特性。在我国,由于缺少高直链玉米品种,限制了对高直链玉米淀粉的研究。近年来,国内对高直链淀粉的育种工作取得了突破性进展,已选育出高直链玉米品种。抓住这个时机,开展对高直链淀粉的研究,具有十分深远的意义。  【关键词】高直链淀粉玉米;应用前
【摘 要】利用生物质在发酵时所出现的乳酸(即2-羟基丙酸)与医药与食品领域有着非常宽广的商业使用价值,生物质乳酸是一种可再生资源,现如今成了人们非常关注的化学原料。接下来,文章使用BP神经网络来对乳酸脱水制成丙烯酸的催化阶段实施了仿真探讨。使用正交试验设计来确定其实验点,其主要考察的内容是:原料液流速、载气温度以及载气流量、原料液PH此四个要素对丙烯酸产率产生的影响。就正交试验中的缺点而言,把正交
【摘 要】石油化工生产过程是一个连续生产过程,随着生产的进一步强化,使得前后生产过程的关系更加紧密,往往出现前一设备的出料直接作为后一设备的进料,而后者的出料又连续输送给其他设备作为进料[1],但生产过程中每个设备都希望维持自身平衡,这就必须打破前一设备或后一设备的平衡,以至整个多塔系统不能保持稳定。为解决这一矛盾,以往靠增加缓冲罐的办法来解决,通过缓冲物料累积量的变化,以达到两塔或多塔操作平稳。
【摘 要】为了促进电力工程企业的稳定运行,我们要进行电力工程施工组织的设计深化,以满足实际工作的需要。经济的发展,对于电力企业的要求更加严格,电力工程的正常运行有利于国家经济建设的效率的提升。为此我们要做好工程招标环节、建筑监理环节及其工程项目管理环节等的有效控制,确保其电力技术系统的一体化的发展。促进其国家电力工程系统建设的完善,确保其电力企业的施工安全管理工作的维护。  【关键词】电力工程;施
【摘 要】本文的研究对象是典型的“三高一深”(高温、高瓦斯、高地压/开采水平深)矿井,该矿井主采煤层为煤与瓦斯突出煤层,制约了煤巷掘进进度,煤巷沿空掘进在一定程度上缓解了采掘接替紧张的局面。另外,有效防止了小煤柱自燃,为矿井高效、安全的生产提供了强有力地保障,并有力保证了工作面的正常、持续接替。虽然所采取的措施的实施在小煤柱防火方面取得了一定的成效,同时不可避免的存在某些不足之处,需要进一步探索出
【摘 要】文章探索总结了其成功筹建农产品质量检测实验室的措施。  【关键词】农产品;质量安全检测;措施  1.搞好安全检测的措施  1.1建好实验室  要建设好一个实验室,必须从实验用房开始设计、规划,保证建设效果满足使用要求。按照实验室建设国家标准,派出了考察组到国内实验室建设、运行一流的单位学习、取经,在综合了多家实验室的成功经验基础上,整理出实验室的功能和分区要求与大楼设计方充分沟通,确定实