多晶硅铸锭过程中的籽晶熔化控制

张运锋+孟庆超+刘磊+夏新中+张任远+张莉沫

摘要：对本文所述太阳能电池用多晶硅铸锭炉型中的熔化段固液界面形状进行数值模拟和实验分析，研究热场结构及化料温度对籽晶保存效果的影响。研究结果表明，通过在熔化后期提前打开百叶进行散热并对百叶开度和化料温度进行合理控制，能够有效降低熔化后期的化料速率并获得相对较为平坦的籽晶熔化界面形状，从而在工业生产过程中提高成功保晶的概率并增加籽晶保存面积。

【关键词】太阳能电池用多晶硅锭 籽晶 数值模拟 界面形状

以定向凝固法铸造的多晶硅锭是太阳能电池的主要原材料之一，近年来业内主要采用铸造小品粒硅锭的方式来改善多晶硅的晶体品质并提高相应的电池效率。小品粒硅锭即为晶粒尺寸较小且均匀度较高的多晶硅锭，相应的多晶硅片性能也较为均匀。此外，晶界具有吸杂和阻碍位错滑移的作用，因此小品粒硅锭在晶体生长过程中能够避免单个晶粒内的缺陷向外蔓延，并通过晶粒问的竞争生长作用淘汰部分位错密度较高的晶粒。获得小品粒硅锭的主要方法之一为有籽晶铸锭，即在坩埚底部铺设碎硅料作为籽晶，并调整熔化段工艺参数以保证籽品不完全熔化，以此为基底生长小品粒硅锭。显而易见，尽可能地增加籽晶保存而积是这种铸锭方法的关键。针对上述情况，本文以某种工业用多晶硅铸锭炉为主要研究对象，采用CGSim模拟软件对硅料熔化后期的固液界而形状进行数值模拟，研究散热系统的结构及化料温度对籽晶保存效果的影响，以此指导大规模工业生产过程中的铸锭工艺优化。……