多晶硅的生产制备方法

时间：2021-09-17

      
多晶硅的生产制备方法：

直到20世纪90年代，太阳能光光伏工艺还是主要建立在单晶硅的基础上。虽然单晶硅太阳能电池的成本在不断下降，但是与常规电力相比还是缺乏竞争力，因此，不断降低成本是光伏界追求的目标。自20世纪80年代铸造多晶硅发明和应用以来，增长迅速，80年代末期它仅占太阳能电池材料的10%左右，而至1996年底它已占整个太阳能电池材料的36%，它以相对低成本、高效率的优势不断挤占单晶硅的市场，成为有竞争力的太阳能电池次材料。21世纪初已占50%以上，成为主要的太阳能电池材料。

　　太阳能电池多晶硅锭是一种柱状晶，晶体生长方向垂直向上。

　　图1多晶硅锭铸造设备

　　1.装料

　　将装有涂层的石英坩埚在热交换台上，加入硅原料，然后安装加热设备、隔热设备和炉罩，将炉内抽真空使炉内压力降至0.05-0.1mbar并保持真空。通入氩气作为保护气，使炉内压力基本维持在400-600mbar左右。

　　2.加热

　　利用石墨加热器给炉体加热，首先使石墨部件、隔热层、硅原料等表面吸附的湿气蒸发，然后缓慢加温，使石英坩埚的温度达到1200-1300℃左右，该过程需要4-5h。

　　3.化料

　　通入氩气作为保护气，使炉内压力基本维持在400-600mbar左右。逐渐增加加热功率，使适应坩埚内的温度达到1500℃左右，硅原料开始熔化。熔化过程中一直保证1500℃左右，直至化料结束。该过程约要20-22h。

　　图2多晶硅锭

　　4.晶体生长

　　硅原料熔化结束后，降低加热功率，使适应坩埚的温度降至1420-1440℃硅熔点左右。然后石英坩埚逐渐向下移动，或者隔热装置逐渐上升，使得石英坩埚慢慢脱离加热区，与周围形成热交换；同时，冷却板通水，使熔体的温度自底部开始降低，晶体硅首先在底部形成，生长过程中固液界面始终保持与水平面平行，直至晶体生长完成，该过程约要20-22h。

　　5.退火

　　晶体生长完成后，由于晶体底部和上部存在较大的温度梯度，因此，晶锭中可能存在热应力，在硅片加热和电池制备过程中容易再次硅片碎裂。所以，晶体生长完成后，硅锭保持在熔点附近2-4h，使硅锭温度均匀，减少热应力。

　　6.冷却

　　硅锭在炉内退火后，关闭加热功率，提升隔热装置或者完全下降硅锭，炉内通入大流量氩气，使硅锭温度逐渐降低至室温附近；同时，炉内气压逐渐上升，直至达到大气压，该过程约要10h。

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