本文關鍵詞：定向凝固法制備鑄造多晶硅技術現(xiàn)狀及發(fā)展綜述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

定向凝固法制備鑄造多晶硅技術現(xiàn)狀及發(fā)展綜述/史冰川等

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定向凝固法制備鑄造多晶硅技術現(xiàn)狀及發(fā)展綜述 史冰川 ,李昆 ,亢若谷，邱建備。,王宏杰。,史彩云。 ( 1昆明冶研新材料股份有限公司，曲靖 6 5 5 0 1 1;2昆明理工大學材料科學與工程學院，，昆明 6 5 0 0 3 1; 3北京奧依特科技有限責任公司，北京 1 0 0 0 1 5 ) 摘要光生伏特效應是將太陽能轉化為電能的重要途徑之一。提高電池效率和降低生產成本，是光伏產業(yè)大

規(guī)模發(fā)展面臨的核心課題。鑄造多晶硅技術因其相對低的生產成本和較高的轉化效率，市場份額迅速增長。對定向凝固法制備鑄造多晶硅的工藝原理進行了簡介，對鑄造多晶硅制備技術的發(fā)展進行了回顧，并對當前的準單晶鑄造、 計算機模擬、高效多晶等研究熱點的發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述。 關鍵詞鑄造多晶硅準單晶硅高效多晶計算機模擬 文獻標識碼： A中圖分類號： T G2 4 9

S u mma r y o f t h e S t a t u s a n d De v e l o p me n t 0 f Mu l t i— c r y s t a l l i n e S i l i c o n Pr e pa r e d b y Di r e c t i o n a l S o l i d i f i c a t i o n Me t h o d

S HI B i n g c h u a n ,L I Ku n , KANG R u o g u ,QI U J i a n b e i。, W ANG Ho n g j i e a,S HI C a i y u n 3 ( 1 Ku n mi n g Ye - y a n Ne w Ma t e r i a l C o ., L t d, Qu j i n g 6 5 5 0 1 1; 2 F a c u l t y o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g, Ku n mi n g

Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y, Ku n mi n g 6 5 0 0 3 1; 3 B e i j i n g 0p t o . E l e c t r O n i c s T e c h n o l o g y C o .,L t d,B e i j i n g 1 0 0 0 1 5 ) Ab s t r a c t Ph o t o v o l t a i c e

f f e c t i s a n i mp o r t a n t me t h o d t O t r a n s f o r n l s o l a r e n e r g y i n t o e l e c t r i c a 1 e n e r g y . To i m—

p r o v e t h e c e l l e f f i c i e n c y a n d r e d u c e t h e c e l l p r o d u c t i o n c o s t i s t h e c o r e i s s u e o f l a r g e - s c a l e d e v e l o p i n g p h o t o v o h a i c i n— d u s t r y .Th e c a s t mu l t c r y s t a l l i n e s i l i c o n p r e p a r e d b y t h e d i r e c t i o n a l s o l i d i f i c a t i o n me t h o d a r e i n t r o d u c e d,t h e t e c h n o l o - g y d e v e l o p me n t o f mu l t i - c r y s t a l l i n e s i l i c o n i s r e v i e we d, a n d t h e r e c e n t r e s e a r c h p r o g r e s s 0 n mo n o - l i k e c a s t i n g,c o mp u - t e r s i mu l a t i o n a n d h i g h e f f i c i e n c y mu l t c r y s t a l l i n e s i l i c o n a r e s u mma r i z e d . Ke y w o r d s c a s t mu l t i - c r y s t a l l i n e s i l i c o n,mo n o - l i k e c r y s t a l s i l i c o n,h i g h e f f i c i e n c y mu l t c r y s t a 1 1 i n e s i l i c o n,

c o mp u t e r s i mu l a t i o n

0引言 光生伏特效應是將太陽能轉化為電能的重要途徑之一。 1 8 3 9年，歐洲科學家貝克雷爾第一次觀察到了光生伏特效應[ 。2 0世紀 5 O年代，硅開始成為主流半導體材料。1 9 5 4 年貝爾實驗室首次制備出轉化效率為 6 的硅太陽電池[ 1]。

阪鈦公司的模具釋放鑄錠法、

日本 S u mi t o m o公司的電磁感應冷坩堝法[ 2]。其中，美國晶體系統(tǒng)公司的熱交換法與目 前產業(yè)化的技術頗有淵源。 上海有色金屬研究所于 2 O世紀 8 O年代中期制備出晶 粒尺寸 0 . 5~4 m m,轉換效率 9 ~1 O 的多晶電池_ 5]。北

提高轉換效率和降低生產成本，是光伏產業(yè)大規(guī)模發(fā)展面臨的核心課題。鑄造多晶硅技術因其相對低的生產成本和較高的轉化效率，市場份額迅速增長， 2 1世紀初已經占有 5 O 以上的市場份額。近年，鑄造多晶硅占據了新增產能的 8 O% 以上[ 2。],成為主要的太陽電池材料。本文對定向凝固法制 備鑄造多晶硅的工藝原理進行了簡介，對鑄造多晶硅制備技

京有色金屬研究總院制備出平均晶粒尺寸 2 mm的多晶硅錠，對其形貌和晶體缺陷等進行研究],并開展了相關的模擬研究[ 7]。2 0 0 3年 1 O月，保定英利公司使用 G T公司的 MX 2 2 5型 HE M爐制備出國內首個 2 4 0 k g多晶硅錠 l _ 8],標

志著國產多晶硅鑄錠技術產業(yè)化的開始。 定向凝固法制備鑄造多晶硅主要包括裝料、加熱、化料、 晶體生長、原位退火、冷卻等步驟。首先，將完成裝料的坩堝

術的發(fā)展進行了回顧，并對當前的準單晶鑄造、計算機模擬應用、高效多晶等研究熱點的發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述。

放置在鑄錠爐的定向凝固塊上，關閉爐體后抽真空，然后充

1 鑄造多晶硅制備技術發(fā)展及工藝原理 鑄造多晶硅生產技術可以追溯到 2 O世紀 7 o年代末、 8 0 年代初，主要有 Wa c k e r公司發(fā)明的澆鑄法、 S o l a r e x公司的 結晶法、美國晶體系統(tǒng)公司的熱交換法、日本電氣公司和大

氬氣、氦氣等惰性氣體。采用石墨加熱器加熱，升溫至硅材料熔點以上，直至硅料全部熔化。待硅料全部熔化后，降低

加熱功率，打開隔熱籠，使熱量從底部散失，晶體硅開始在底 部形核，并呈柱狀向上生長，直至所有液體硅全部結晶。然后，關閉隔熱籠進行原位退火后打開隔熱籠冷卻到 4 5 0℃以下后即可出爐。其設備示意圖如圖 1所示。

史冰川：男， 1 9 8 3年生，碩士，工程師，主要從事半導體材料的研究 E - m a i l: s g l a c i e r@1 2 6 . c o n r

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