準方單晶矽片

準方單晶矽片是指通過準單晶鑄錠法生產方形單晶矽錠。相比通過直拉法生產的圓柱形單晶矽棒，準方單晶矽片在製作太陽能電池片時不需要將四周切掉，所以矽料利用率大大提高

基本介紹

• 中文名：準方單晶矽片
• 外文名：Quasi square silicon wafer

簡介

準方單晶矽片是指通過準單晶鑄錠法生產方形單晶矽片。通過直拉法生產的單晶矽棒為圓柱形，製作太陽能電池片時需要將四周切掉，所有矽料利用率僅有50%左右，而準單晶鑄錠法生產的方形單晶矽錠為方形，所以矽料利用率可以提升至65%。

準單晶的特徵

準單晶也稱為鑄造單晶矽，是通過鑄錠的方法獲得外觀和電學性能均類似於單晶矽的晶體矽。簡言之，準單晶技術就是用多晶矽的成本生產出單晶矽的技術。一般對鑄造單晶矽的要求是在一定尺寸的矽片上，單個晶粒面積大於矽片面積的50%。這種矽片的晶界數量遠小於傳統的鑄造多晶矽片。

優勢

多晶矽中存在大量的晶界和位錯。晶界是晶粒間的過渡區，結構複雜，原子呈無序排列，並存在不完全鍵合原子，產生大量的懸掛鍵，形成界面態，有很大的複合性，特別是被金屬雜質玷污後其複合強度會提高，大大降低了多晶矽太陽能電池的轉換效率。同時由於多晶矽是由許多晶向不同的晶粒組成，因而制絨後不能形成“金字塔”形貌，這也嚴重影響其光伏性能。相對於多晶矽來說，準單晶的優點在於晶界更少，制絨後可形成“金字塔”形貌，並很大程度地降低了位錯密度，從而提高了少子壽命，提高了太陽能電池的轉換效率。

兩種矽片腐蝕後的外觀形貌

兩種矽片的外觀形貌

圖1是鑄造多晶矽與準單晶外觀形貌的對比，圖1a中的多晶矽晶片存在大量晶界，而圖1b中的鑄造單晶矽晶片中晶界數量明顯減少，只是在邊緣處有少量的晶界。圖2為化學腐蝕後的鑄造多晶矽與準單晶的外觀形貌。化學腐蝕是顯示矽中位錯常用的方法。缺陷附近原子排列無序、晶格畸變、應力比較大，化學腐蝕在這些地方的作用比較強烈，形成對應的腐蝕坑。可以看出，傳統鑄造多晶矽顯現出大量位錯坑，而準單晶中大面積區域內位錯坑很少，近乎為無位錯。

鑄造方法

根據目前的報導，準單晶的鑄造方法主要有兩種:一種是有籽晶的方法;另一種是無籽晶的方法。有籽晶的鑄錠方法是先把籽晶、矽料及摻雜元素放置在同一坩堝中，籽晶位於坩堝底部。然後加熱融化矽料，並且保持籽晶不被完全融化。最後控制降溫，調節固液相的溫度梯度，確保單晶從籽晶位置開始生長。目前量產的鑄錠準單晶技術主要為有籽晶的鑄錠。無籽晶鑄錠方法和多晶矽鑄錠基本相同。其重點是精密控制定向凝固時的溫度梯度和晶體生長速度以此來提高多晶晶粒的尺寸大小，形成準單晶。無籽晶鑄錠工藝對晶核初期成長控制過程要求很高。因為需要控制的參數太多，無籽晶鑄錠工藝顯得尤為困難。

技術難點和存在的問題

在目前的生產工藝中需要注意的主要問題有：(1)精確控制熔化程度。這一環節非常難以掌控，但它是是否能夠穩定生產的決定性因素；(2)合理控制邊角多晶。由於受鑄錠爐內溫度分布、雜質等多種因素的影響，採用鑄造的方法生產單晶矽邊角處會出現多晶，要有效合理控制邊角處多晶的比例；(3)嚴格控制位錯密度。準單晶的位錯密度雖低於鑄造多晶矽，但仍高於直拉單晶矽。位錯密度對轉換效率影響巨大，在生產過程中把位錯密度控制到最低是決定產品質量的關鍵；(4)採用鑄錠方法所生產的單晶矽中存在一些矽片，表面看似一個大晶粒，而制絨後會出現大量晶界，有些廠家稱之為亞晶界。出現這種現象的原因尚不確定，目前有專家推測為在長晶過程中引入微小夾雜物所致，需要在生產過程中引起高度重視。