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太陽能電池片科普系列——多晶矽鑄錠

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太陽能電池片科普系列——多晶矽鑄錠

發布日期:2017-12-03 作者: 點擊:

       中國光伏産業經曆了風風雨雨幾十年,無論是技術,還是成本都經曆了翻天覆地的變化,随着市場對于高效率太陽能電池的需求,多晶矽鑄錠工藝也在一丁一點的發生着變化,作為電池片原材料的源頭,多晶矽鑄錠所扮演的角色也就不言而喻了。

氮化矽

       鑄錠是将各種來源的矽料高溫熔融後通過定向冷卻結晶,使其形成矽錠的,矽料被加熱完全融化後,通過定向凝固塊将矽料結晶時釋放的熱量輻射到下爐腔内壁上,使矽料中形成一個豎直溫度梯度。這個溫度梯度使坩埚内的矽液從底部開始凝固,從熔體底部向頂部生長。矽料凝固後,矽錠經過退火、冷卻後出爐。


       一、多晶矽鑄錠的主要流程


多晶矽鑄錠


       二、噴塗工序

       1、石英坩埚

       檢查石英坩埚表面——幹淨無污染、無裂紋,同時内部劃痕、凹坑、突起不能超過一定的範圍,核對石英坩埚的尺寸(内外部尺寸、上邊厚度、底部厚度等),坩埚底部厚度的異常會引起鑄錠熱場工藝的變化。


       2、坩埚塗層

       坩埚底邊和側邊需要預先進行人工刷塗,待塗層凝結過後進行噴槍噴塗,塗層的量是一定的(刷圖次數不限),刷塗的塗層包括氮化矽粉(底部和邊部分别為120g、380g)、矽溶膠(60g、150g)、PVA(50g、120g)和純水(180g、340g),噴塗的塗層中則不需要PVA。


       3、檢查塗層

       在噴塗坩埚側壁的過程中需用擋闆遮住坩埚底部,約為側壁3/4的地方。噴塗和刷塗過程中要均勻使液體凝聚,塗層必須滿足均勻、無氣泡、無脫落、無裂縫等條件方為合格。


       4、坩埚焙燒

       将噴好的坩埚放入烘箱内,開始坩埚焙燒,整個過程大概需要30~40小時,先快速升溫至設定溫度,保持幾小時後,自然冷卻至合适溫度,再開蓋冷卻。


       值得注意的是,坩埚噴塗車間需要保持一定的溫度,溫度較低環境需在配比塗層時對純水加熱。原料的雜質濃度會影響鑄錠爐的化料時間,鑄錠爐在長晶等階段出現異常,此時鑄錠時間可能較一般工藝時間長2-4個小時,底部氮化矽的量太少會導緻無法順利脫模,矽錠底部開裂。而過量的氮化矽會覆蓋住石英砂,從而導緻引晶效果不明顯,因此要在鑄錠中做出适當的調整。


       三、多晶矽工序

多晶矽工序


       1、備料

       對多晶矽的原矽料和回收料使用PN測試儀和電阻率進行分檔分類,直到達到配比質量,最後計算出需要的摻雜劑質量。矽料的種類大緻有多晶原矽料、多晶碳頭矽料、多晶矽錠回收的矽料、單晶棒或單晶頭、尾料、單晶鍋底料、單晶碎矽片、其他半導體工業的下腳料等。


       2、裝料

       裝料時操作工戴上PVC手套和防護服,輕拿輕放防止氮化矽塗層被破壞。形狀不規則的片料或大塊矽料在指定區域砸碎,對片料進行破碎,使用專用砸料箱,注意此過程必須戴PVC手套、護目鏡,防止危害人體。挑選“矽料表面比較光滑的面” 。大小塊料要盡量均勻,碎料盡量用來填縫隙。8.在裝料過程中,一定不能碰到坩埚内壁,發現破壞要取出矽料,重新噴塗,直至符合要求再用。一半的矽料裝完後,領取摻雜劑,用電子天平稱重後均勻的放置到矽料的表面。摻雜劑假如完成後,繼續加入矽料,直至達到規定數量為止。


       3、加熱

       在真空狀态下開始加熱、按照一定的工藝程序,對矽料、熱場、坩埚等進行排濕、排雜。


       4、熔化

       熔化與加熱的延伸、也可以理解為加熱,但在工藝程序上的設計上有較大的差别,熔化是将固體矽轉化成液體矽,溫度最高可達1560度。操作者在中心觀測孔觀測是否融化完成,連續觀測3-5分鐘,若沒有矽料固體出現,程序方可繼續向後運行。


       5、長晶

       熔進入長晶階段,打開隔熱籠以冷卻DS-BLOCK,坩埚内矽液順着溫度梯度,從底部向頂部定向凝固。操作者在中心觀察孔觀察是否透頂手動選擇合适的步驟。


       6、退火

       因在長晶階段矽錠存在溫度梯度,内部存在應力。若直接冷卻出爐,矽錠存在隐裂,在開方和線切階段,外力作用會使矽片破裂,退火的作用是使矽錠内部溫度一緻,消除矽錠内的應力。


       7、冷卻

       冷卻階段隔熱籠慢慢打開,壓力逐漸上升,冷卻階段時間較長,其作用與退火一樣重要,直接影響矽錠的性能。


       太陽電池多晶矽錠是一種柱狀晶,晶體生長方向垂直向上,是通過定向凝固(也稱可控凝固、約束凝固)過程來實現的,即在結晶過程中,通過控制溫度場的變化,形成單方向熱流(生長方向與熱流方向相反),并要求液固界面處的溫度梯度大于0,橫向則要求無溫度梯度,從而形成定向生長的柱狀晶。


       四、鑄錠車間常見事項

       1、在熔化和長晶階段會出現熔化、中間長晶和邊部長晶三次報警。在鑄錠循環過程中,這兩個階段需密切關注。

       2、當爐内壓力低于980mbar時,需要對爐子進行充氣。回填操作時爐内壓力大于這一數值時沒有自動停止,需自動停止。

       3、鑄錠過程中根據爐内出現不同情況手動調整,如适當延長長晶時間等。注意爐内的水電、氣壓。


       五、矽錠的檢測


矽錠電阻率


       如圖,典型的電阻率分布呈現出上述的變化趨勢,尾高頭低。主要是因為所添加的母合金的分凝系數造成的,檢測矽錠中的電阻率是否出現異常。


       正常情況下的矽錠紅外檢測結果不會出現下圖紅色區域标識的,造成此現象的原因可能為熱場不穩定或矽料雜質比較多造成的。


矽錠檢測


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