畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告鑄造多晶硅不同區(qū)域性能的研究

1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)院：材料學(xué)院 2010年03月12日課題名稱鑄造多晶硅不同區(qū)域性能的研究學(xué)生姓名金彪專業(yè)班級非金材061課題類型論文指導(dǎo)教師寧向梅黎曉豐職稱講師工程師課題來源科研生產(chǎn)一、 設(shè)計（或研究）的意義隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題和環(huán)境問題顯得越來越重要，直接關(guān)系到我國今后長時間的可持續(xù)發(fā)展。我國是以煤和石油為主的能源消耗大國，而我國的人均資源相對貧乏。另外一方面，在使用煤和石油等原材料作為能源時又會對環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。因此，開發(fā)利用可再生的清潔能源便成為一種非常重要的途徑。其中，太陽能是最重要的清潔的可再生能源。對于太陽能的開發(fā)利用，世界發(fā)達(dá)國家予以高度地重視，

2、如美國提出了“百萬屋頂計劃”，歐洲將對太陽能的利用列入了著名的“尤里卡”高科技計劃中，日本先后提出了“舊陽光計劃”、“新陽光計劃”等。而利用太陽能發(fā)電則是開發(fā)太陽能最為重要的方法。在過去的幾十年中，利用太陽能發(fā)電的光伏工業(yè)得到了很大的發(fā)展，其平均年增長率在30到40之間，而且據(jù)估計在今后二十年中其增長速度不會下降。而大規(guī)模利用太陽能發(fā)電的關(guān)鍵是制備高成品率低成本、高效率的太陽能電池。鑄造多晶硅目前已經(jīng)成功取代直拉單晶硅而成為最主要的太陽能電池材料，而且在今后5到10年中也被認(rèn)為是最主要的太陽能電池材料。相對于直拉單晶硅太陽能電池，鑄造多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較低(低2左右)。鑄造多晶硅材料中

3、高密度的雜質(zhì)和結(jié)晶學(xué)缺陷(如晶界，位錯，微缺陷等)是影響其太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重要因素。深入地研究材料中缺陷和雜質(zhì)以及它們對于材料電學(xué)性能的影響，有利于生產(chǎn)出高成品率的鑄造多晶硅錠，降低鑄造多晶硅太陽能電池的制造成本，同時也是制備高效率鑄造多晶硅太陽能電池的前提。對于促進(jìn)我國光伏產(chǎn)業(yè)的壯大和增強我國光伏產(chǎn)業(yè)的國際競爭力有著非常重要的意義。二、國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）成果的概況綜述1、鑄造多晶硅中的主要雜質(zhì)雖然制造鑄造多晶硅的原料比較純，但是由于坩堝以及熱場的玷污，所以通常鑄造多晶硅中含有高濃度的氧、碳以及過渡族金屬雜質(zhì)。氧是鑄造多晶硅中最主要的雜質(zhì)元素，它主要來自石英坩堝的玷污以及鑄造多晶

4、硅的原料中。在鑄造多晶硅生長過程中，石英坩堝可以在高溫下與熔體中的硅原料發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化硅。生成的一氧化硅一部分可以從熔體表面處揮發(fā)，一部分也可以在熔體中分解，從而在熔體中引入間隙氧原子。如果氧處于間隙位置，通常不顯電活性，然而鑄造多晶硅中氧濃度通常在310171.41018 cm-3之間。高濃度的間隙氧在晶體生長或者熱處理時會形成氧沉淀以及誘生其它的晶體缺陷，還會吸引鐵等金屬元素，形成鐵-氧沉淀復(fù)合體，具有很強的少子復(fù)合能力，能夠顯著降低材料的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，以及形成硼-氧對，造成電池效率的衰減。碳作為鑄造多晶硅中的另外一種雜質(zhì)，主要來自石墨坩堝或石墨加熱器。處于替代位置的碳同樣不顯

5、電學(xué)活性，但是當(dāng)碳的濃度超過其溶解度很多時(81017 cm-3。)，就會有sic沉淀生成，導(dǎo)致硅片線切割時斷線，以及導(dǎo)致電池片導(dǎo)通。有關(guān)它們對材料電學(xué)性能的影響，需要進(jìn)一步的研究。在硅材料中，過渡族金屬由于有著非常大的擴散系數(shù)，除了從原材料帶入這些雜質(zhì)外，在晶體生長過程中以及在以后的電池制作工藝中也不可避免地會由坩堝等外面環(huán)境中引入。這些雜質(zhì)中，銅和鎳的擴散系數(shù)較大，即使淬火，它們也會形成沉淀而不溶解在硅晶格中。鐵和鉻的擴散系數(shù)相對較小，但是在慢速冷卻熱處理時，依然有大部分形成沉淀。這些元素在硅的禁帶中形成深能級，從而成為復(fù)合中心，可顯著降低材料少數(shù)載流子的壽命。2、鑄造多晶硅中的缺陷多晶硅

6、中存在高密度的、種類繁多的缺陷，如晶界、位錯、小角晶界、孿晶、亞晶界、空位、自間隙原子以及各種微缺陷等。特別是其中的位錯和晶界兩類最主要的缺陷通常被認(rèn)為是限制鑄造多晶硅材料太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重要因素。（1）晶界通常認(rèn)為，潔凈的晶界不是電活性的，因此，潔凈的晶界不是載流子的俘獲中心，不影響多晶硅的電學(xué)性能。當(dāng)金屬或其他雜質(zhì)偏聚在晶界上，晶界將具有電活性，會影響少數(shù)載流子的擴散長度，從而影響材料的光電轉(zhuǎn)換效率。但也有人認(rèn)為晶界本身存在著一系列的界面狀態(tài)，有界面勢壘，存在懸掛鍵，故晶界本身有電學(xué)活性，而當(dāng)雜質(zhì)偏聚或沉淀于此時，它的電學(xué)活性會進(jìn)一步增強，而成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心。但共同的看法都是雜

7、質(zhì)都很容易在晶界處偏聚或沉淀。同時研究還表明，當(dāng)晶界垂直于器件的表面時，晶界對材料的電學(xué)性能幾乎沒有影響。鑄造多晶硅生產(chǎn)廠家都努力使晶柱的生長方向垂直于生長界面，晶錠切割后，晶界的方向能垂直于硅片表面。（2）位錯位錯使鑄造多品硅中一種重要的結(jié)構(gòu)缺陷。在晶體生長過程中，由于熱應(yīng)力的作用，會在晶粒中產(chǎn)生大量的位錯；另外各種沉淀的生成，由于晶格尺寸的不匹配，也會導(dǎo)致位錯的產(chǎn)生。根據(jù)生長的方式和過程不同，鑄造多晶硅的位錯密度大約在103108 cm-2。鑒于熱應(yīng)力的不同情況，這些位錯會位于不同的滑移面上，或者糾結(jié)成位錯團(tuán)，或者組成小角晶界。位錯或位錯團(tuán)可以大幅度地降低少數(shù)載流子的擴散長度，這不僅由于位錯本身的懸掛鍵具有很強的電活性，可以直接作為復(fù)合中心，而且由于金屬雜質(zhì)和氧碳等雜質(zhì)在位錯的偏聚，造成新的電活性中心，且電學(xué)性能不均勻。三、課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容1、雜質(zhì)、缺陷對多晶硅少子壽命的影響。2、雜質(zhì)、缺陷形成硬質(zhì)夾雜的研究。四、主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))1.了解鑄造多晶硅的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；2.掌握制定實驗方案的基本思路和實驗操作基本技能；3.掌握微波光電導(dǎo)少子壽命測試議（-pcd)；紅外探傷（ir imagin