多晶硅锭的制备工艺以及硅片的加工工艺介绍

一、多晶硅锭的制备工艺

根据生长方法的不同，多晶硅可分为等轴晶、柱状晶。通常在热过冷及自由凝固的情况下会形成等轴晶，其特点是晶粒细，机械物理性能各向同性。如果在凝固过程中控制液固界面的温度梯度，形成单方向热流，实行可控的定向凝固，则可形成物理机械性能各向异性的多晶柱状晶，太阳能电池多晶硅锭就是采用这种定向凝固的方法生产的。在实际生产中，太阳能电池多晶硅锭的定向凝固生长方法主要有浇铸法、热交换法（H EM）、布里曼（B ridgem an）法、电磁铸锭法，其中热交换法与布里曼法通常结合在一起。

热交换法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩埚中（ 避免了二次污染），其中热交换法是将硅料在坩埚中熔化后，在坩埚底部通冷却水或冷气体，在底部进行热量交换，形成温度梯度，促使晶体定向生长。布里曼法则是在硅料熔化后，将坩埚或加热元件移动使结晶好的晶体离开加热区，而液硅仍然处于加热区，这样在结晶过程中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的生长。其特点是液相温度梯度dT/dX 接近常数，生长速度受工作台下移速度及冷却水流量控制趋近于常数，生长速度可以调节。

本项目生产所用结晶炉是采用热交换与布里曼相结合的技术。本项目采用中国电子科技集团公司第四十八研究所研发的拥有先进技术的R13450-1型多晶硅铸锭炉，它采用先进的多晶硅定向凝固技术，将硅料高温熔融后通过特殊工艺定向冷凝结晶,从而达到太阳能电池生产用多晶硅品质的要求，是一种适用于长时间连续工作，高精度、高可靠性、自动化程度高的智能化大生产设备。

工艺特点：

工作台通冷却水，上置一个热开关，坩埚则位于热开关上。硅料熔融时，热开关关闭，结晶时打开，将坩埚底部的热量通过工作台内的冷却水带走，形成温度梯度。同时坩埚工作台缓慢下降，使凝固好的硅锭离开加热区，维持固液界面有一个比较稳定的温度梯度，在这个过程中，要求工作台下降非常平稳，以保证获得平面前沿定向凝固。

二、硅片的加工工艺

硅片的加工是将硅锭经表面整形、切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等工艺，加工成具有一定宽度、长度、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光洁度，表面无缺陷、无崩边、无损伤层，高度完整、均匀、光洁的镜面硅片。这一流程也包括了太阳能电池制造阶段硅片的表面处理工序，在连续生产中可以归并。将硅锭按照技术要求切割成硅片，才能作为生产制造太阳能电池的基体材料。因此，硅片的切割，即通常所说的切片，是整个硅片加工的重要工序。所谓切片，就是硅锭通过镶铸金刚砂磨料的刀片(或钢丝)的高速旋转、接触、磨削作用，定向切割成为要求规格的硅片。切片工艺技术直接关系到硅片的质量和成品率。切片的方法主要有外圆切割、内圆切割、多线切割以及激光切割等。本项目采用多线切割工艺。

切片工艺技术的原则要求是：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。

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