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1、河南科技大学毕业设计（论文）I多晶硅晶体生长过程中的应力消除摘要目前，在铸造多晶硅的生产中，由于在长晶阶段硅锭的不同位置温度不同，即存在温度梯度，因而会产生热应力。如果由于温度梯度而造成的热应力过大且得不到有效地消除，那么在后续的硅片加工和电池制备过程中会造成硅片的隐裂，严重影响多晶硅太阳能电池的生产质量。所谓的隐裂就是在硅棒或硅片生产中不易被人察觉的碎裂。因此，探究与改进多晶硅铸锭过程中消除应力的方法对多晶硅电池片的质量以及寿命有着极其重要的意义。本实验采用单一变量法对消除多晶硅锭应力的方法进行了研究。研究过程中对 48 块硅锭进行了统计分析。研究发现，无论是在长晶阶段减小固液界面的温度梯度
2、，还是增加退火时间，又或是适当提高退火温度，都可以降低隐裂硅棒所占的比例。但是在这三种方法中，以增加退火阶段的退火时间这一方法效果最为明显。通过对多晶硅晶体生长过程中应力消除方法的改进，每年可为企业挽回170 余万元的损失。因此，其研究结果具有一定的实际意义。关键词：铸造多晶硅，温度梯度，热应力河南科技大学毕业设计（论文）IIStress Relieving in Crystal Growth of Polycrystalline SiliconABSTRACTAt present,in the production of polycrystalline silicon,thermal str
3、ess will be exist because diffierent location has diffierent temperature in crystal growth. In other words,temperature gradient exist in silicon ingot. If thermal stress caused by temperature gradient is not eliminated effectively, the silicon wafer processed will break to pieces. It will affect sol
4、ar cell quality badly. The subfissure what is called is fragmentation that is not easy to perceive in the silicon wafer processing.Therefore, exploring and improving the method that relieve stress has important significance for quality and life of polycrystalline silicon solar cell.This experiment u
5、sed Simple Variable Method to explore stress relieving.We make statistic analysis for 48 silicon ingots in the research processing. The results show that decreasing the temperature gradient of solid liquid interface in crystal growth, increasing anneal time or increasing anneal temperature both can
6、reduce the percentage of subfissure silicon brick. But in the three methods, increasing anneal time is the best. By improving the method of stress relieving,we can help the enterprice to redeem the loss of 1.7 million RBM every year.For this reason,the research result has valuable significance.KEY W
7、ORDS：Ploycrystalline Silicon, Temperature Gradient, Thermal Stress.河南科技大学毕业设计（论文）III目 录第一章 绪 论 .11.1 引言 .11.2 国内外多晶硅材料的发展现状 .11.3 铸造多晶硅概述 .21.4 铸造多晶硅的生产工艺 .31.5 铸造多晶硅的晶体生长 .91.5.1 铸造多晶硅的原材料 .91.5.2 坩埚 .91.5.3 晶体生长工艺 .101.5.4 晶体生长的影响因素及应力产生的原因 .111.6 本文研究的主要目的及内容 .14第二章 实验过程 .162.1 实验原理 .162.2 实验过程 .
8、16第三章 实验结果及分析 .183.1 实验结果 .183.1.1 在长晶阶段减小固液界面的温度梯度的实验结果 .183.1.2 在退火阶段增加退火时间的实验结果 .193.1.3 在退火阶段适当提高退火温度的实验结果 .193.2 结果分析 .203.2.1 应力产生的原因 .203.2.2 应力消除的原理 .213.2.3 实验结果分析 .21结 论 .23参考文献 .24致 谢 .25附 录 .26河南科技大学毕业设计（论文）1第一章 绪 论1.1 引言直到 20 世纪 90 年代，太阳能光伏工业还是主要建立在单晶硅的基础上。虽然单晶硅太阳电池的成本在不断下降，但是与常规电力相比还是缺
9、乏竞争力，因此，不断降低成本是光伏界追求的目标。自 20 世纪 80 年代铸造多晶硅发明和应用以来，增长迅速，80 年代末期它仅占太阳电池材料的 10左右，而至 1996 年底它已占整个太阳电池材料的 36%左右，它以相对低成本、高效率的优势不断挤占单晶硅的市场，成为最有竞争力的太阳电池材料。2l 世纪初已占 50以上，成为最主要的太阳电池材料。直拉单晶硅为圆柱状，其硅片制备的圆形太阳电池不能有效地利用太阳电池组件的有效空间，相对增加了太阳电池组件的成本。如果将直拉单晶硅圆柱切成方柱，制备方形太阳电池，其材料浪费就增加，同样也增加了太阳电池组件的成本。再就是直拉单晶硅需要更多的“人力资源” ，如在晶体生长的 “种晶”过程，所以也增加了人力成本。而铸造多晶硅是利用浇铸或定向凝固的铸造技术，在方形坩埚中制备晶体硅材料，其生长简便，易于大尺寸生长，易于自动化生长和控制，并且很容易直接切成方形硅片；材料的损耗小，同时铸造多晶硅生长时相对能耗小，促使材料的成本进一步降低，而且铸造多晶硅技术对硅原材料纯度的容忍度要比直拉单晶硅高。但是，其缺点是具有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度。从而降低了太阳电池的光电转换效率。本章主要介绍了国内外多晶硅的发展状况，铸造多晶硅的制备工艺、晶体生长以及其应力产生的原因。最后
