冶金法提純多晶硅過程中氮化硅涂層的研究.pdf

1、無(wú)論是在太陽(yáng)能電池行業(yè)還是半導(dǎo)體工業(yè)中，硅都是該領(lǐng)域中基礎(chǔ)材料。由于鑄造多晶硅成本低廉，目前已經(jīng)取代單晶硅成為光伏市場(chǎng)的主要原料。多晶硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)占據(jù)光伏市場(chǎng)的50％以上。冶金法是制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的一種新方法，具有成本低，污染小的優(yōu)點(diǎn)，其制備過程中需要使用坩堝。工業(yè)中通常使用的坩堝是石英或石墨坩堝，熔融硅與坩堝接觸時(shí)不可避免的產(chǎn)生反應(yīng)粘連，同時(shí)坩堝中的雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入硅熔體中。高濃度的雜質(zhì)，如C、O、Fe等將使少子壽命顯著降低，影響電

2、池性能。通常在坩堝上涂敷涂層使熔體與坩堝壁隔離，來(lái)減少反應(yīng)粘連使鑄錠順利脫模，并阻止坩堝中的雜質(zhì)在鑄造過程中進(jìn)入硅中。 Si3N4由于其自擴(kuò)散系數(shù)低，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好，通常被用來(lái)作為多晶硅鑄造中的涂層材料。氮化硅涂層的制備方法很多，但通常工藝復(fù)雜，成本高。關(guān)于氮化硅涂層對(duì)多晶硅影響的研究也比較少。因此，有必要研究工藝簡(jiǎn)單成本較低的氮化硅涂層制備技術(shù)和氮化硅涂層與多晶硅性能之間的關(guān)系。本文利用掃描電鏡，電子探針，少子壽命測(cè)試

3、儀等設(shè)備，重點(diǎn)研究了氮化硅涂層的制備工藝與脫模效果的關(guān)系，熔煉過程中氮化硅涂層反應(yīng)機(jī)制，氮化硅涂層對(duì)多晶硅中雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)和少子壽命的影響。 研究結(jié)果表明：1、水，無(wú)水乙醇，PVA水溶液和PVP乙醇溶液與氮化硅粉組合可制備涂層，其中脫模效果最好的組成為：wt8％PVP乙醇溶液與60wt％Si3N4。不經(jīng)過預(yù)處理去除PVA、PVP添加劑的氮化硅涂層更利于脫模。真空熔煉時(shí)使用惰性氣體增大壓強(qiáng)防止氮化硅涂層的分解，有利于脫模。2、溫度

4、升高氮化硅涂層的分解加劇，N擴(kuò)散進(jìn)入硅熔體達(dá)飽和形成新Si3N4晶核并長(zhǎng)大，最終在接觸面處形成由大顆粒Si3N4組成的連續(xù)層。3、氮化硅涂層使鑄錠中雜質(zhì)含量降低。氮化硅涂層能夠阻止坩堝中雜質(zhì)如C、O、P等進(jìn)入Si熔體，同時(shí)Si3N4的分解和新Si3N4晶核的形成促進(jìn)涂層附近的C、Fe、Ca雜質(zhì)沉淀。SiC沉淀以Si3N4晶核為異質(zhì)核心形成并長(zhǎng)大。Fe雜質(zhì)依附在氮化硅顆粒表面不飽和鍵或沉積在新Si3N4晶核缺陷處形成微米級(jí)FeSi2顆粒。