太阳能电池多晶硅铸锭的凝固原理和方法浅谈

首先从定向凝固的原理讲起,其中涉及定向凝固的一些重要的工艺参数以及多晶硅铸锭的组织结构;其次,介绍了多晶硅铸锭的几种凝固方法,尤其着重讲了一下热交换法的应用;并在结尾提到了现在铸锭法中需要改进和解决的主要问题。     

多晶硅片表面缺陷的研究与定向凝固多晶硅锭热场模拟

结合实际工艺模拟多晶硅铸锭生产过程中的热场分布情况,研究了该热场对所生产多晶硅片缺陷分布的影响。同时采用对多晶硅片化学腐蚀抛光处理和位错刻蚀液处理之后的表面缺陷形貌表征的方法,以及观察扫描电镜(SEM)视角下其表面微结构,研究了采用定向凝固多晶硅锭工艺所得的多晶硅片表面缺陷情况。结果显示模拟该生产过程中热场分布情况对多晶硅片缺陷的影响和实验所得的结果相吻合。     

定向凝固法生长多晶硅中位错密度降低的研究进展

位错可以通过缩短少数载流子寿命而严重限制多晶硅太阳电池的转换效率,随着对高转换效率的追求,研究多晶硅位错的重要性也随之增加.在介绍现有半导体晶体CRSS和HAS位错模型的基础上,归纳了定向凝固法生长多晶硅中应力、晶界、杂质、过冷度对位错形成的影响机制与缺陷腐蚀和原位检测等多种位错表征方法.重点阐述了控制固液界面形貌、籽晶、掺杂、硅锭制备工艺、硅片退火等技术对减少与抑制多晶硅位错的影响.最后,针对位错模型、位错表征以及多晶硅生长过程中位错的抑制和生长后位错密度降低技术进行了展望.     

铝掺杂石英粉对多晶硅晶体生长的影响

多晶硅定向凝固铸锭技术生产的硅片是太阳能电池企业主要的原料之一,在多晶硅生长过程中,坩埚底部由于通过气冷降温,所以多晶硅从底部开始结晶[1-2]。最靠近坩埚底部位置的多晶硅初期形核的质量将决定整个多晶硅晶体的质量。目前很多科研院所和多晶硅片生产企业将多晶硅形核作为研究的重点[3-4]。从多晶硅形核物质的种类不同可以将形核物质分为以下几种类别Si、SiO2、Si3N4等,其中SiO2形核由于热膨胀系数与硅相近,而且在诱导多晶硅形核过程中不易熔化,目前是大多数科研院所的研究重点。本文是在SiO2形核物中中加入微量的AL粉,将SiO2形核物用喷涂的方式沉积在铸锭坩埚底部,通过传统的铸锭工艺进行多晶硅晶体生长,实验数据表明SiO2形核物质中添加0.05%的AL粉,初期TC1生长温度设置为1520℃时,可以获得低位错密度的多晶硅晶体。制备成的太阳能电池效率19%比传统未添加AL粉的SiO2形核物所生产的太阳能电池片高0.3%。     

颗粒对CCD光刻图形完整性的影响分析

分析了薄膜淀积工艺、光刻工艺和刻蚀工艺过程中引入的颗粒对光刻图形完整性的影响。采用三相三次多晶硅工艺,光刻制备沟阻或多晶硅时,颗粒阻碍曝光和刻蚀,引起沟阻或多晶硅连条,使CCD的像元划分和信号电子的定向转移遭受破坏,降低器件成品率。     

在VLSI中多晶硅化物的腐蚀

要求低阻栅材料是使VLSI电路性能受到限制的因素之一。在MOSFET技术中,金属硅化物或多晶硅化物用来代替掺杂多晶硅作栅材料。作为栅材料使用的多晶硅化物,在腐蚀剖面和选择性方面对腐蚀工艺提出了新要求。我们采用氟化等离子体和氯化等离子体对与耐熔金属一起形成的多晶硅化物进行等离子腐蚀。本文就使用一个可变二极管反应器对多晶硅化物进行的定向腐蚀和选择性腐蚀进行了讨论。并根据我们的观察,从工艺的角度对耐熔金属多晶硅化物的腐蚀条件进行了讨论。     

鉴定多晶硅织构的一种方法

现在多晶硅材料的直接运用越来越多,因而对多晶硅材料的研究是十分有兴趣的课题之一.从高纯多晶硅原料的生产、多晶硅薄膜的CVD沉积,直到多晶硅太阳电池的发展,导致了人们对多晶硅晶体结构特性(晶粒度、织构)以及对晶界效应的研究.其目的就是要把晶界引入的不良影响降到最低限度,从而提高器件的性能.不论是气相沉积还是熔体正常凝固得到的多晶硅常常是有织构的.而多晶硅织构的形成带来了不同的晶粒度和晶界效应,由此对器件     

激光+微弧火花复合定向沉积的显微组织研究

采用激光熔覆与微弧火花沉积(ESD)工艺在定向铸造高温合金表面成功实现了外延定向复合沉积,并使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等对所获涂层的典型组织进行了研究.研究结果显示,定向生长区域连续、均匀,无明显缺陷;定向组织垂直于沉积界面生长,其取向与定向基体基本一致.定向柱晶宽度按定向凝固基体(～300μm)→激光接长区(～20μm)→微弧火花接长区(～1μm)梯度递减.分析表明:这种显微组织上的变化主要是凝固过程中液固界面前沿的凝固速度(R)、温度梯度(G)、热流方向等热力学因素综合作用的结果.     

热处理对FGH95合金激光成形定向凝固显微组织的影响

本文利用高温合金FGH95在定向凝固单晶合金DD3基材上进行激光多层涂覆实验,得到了具有细小定向凝固柱状枝晶组织的试样。对激光金属成形定向凝固试样进行了标准热处理,深入研究了热处理前后凝固显微组织的变化规律。研究发现,处理前涂层中的组织为白色的枝晶干和黑色的枝晶间交替排列,枝晶一次间距约为10μm,处理后看不出明显的枝晶间与枝晶干分界,只是基体上弥散沉积了白色的富Nb块状碳化物,枝晶间和枝晶干区域在处理前所存在的尺度大小和形态迎然不同的γ′相在处理后尺度分布变得均匀。各合金元素经热处理后,偏析现象均有不同程度的减轻。     

激光熔覆修复定向凝固镍基高温合金及其拉伸性能

高Al、Ti含量的定向凝固镍基高温合金在传统的修复过程中由于较大的热输入，存在严重的热裂倾向。利用激光热量集中、能量输入小的特点，可以有效控制修复过程中的热输入，从而减小铸造基体的晶界液化和开裂倾向。在优选参数下，可以获得无裂纹的修复组织，并可实现定向凝固组织的连续生长。对修复组织进行热处理，结果表明热处理过程不会促使裂纹产生，也不会影响熔覆层组织的定向凝固特征，但对于其内部γ′相的析出行为及形貌有较大影响，从而影响了沉积层的力学性能。对沉积层的拉伸性能测试表明，无论在常温还是高温(900 ℃)下，沉积层的拉伸性能都达到了铸造基体拉伸性能的80%以上，而且均为塑性断裂，一定程度上满足了实际修复需求。     

碲锌镉晶体材料合成技术研究

碲锌镉晶体是研制碲镉汞红外焦平面探测器所需的衬底材料。其制备技术由源材料合成、晶体生长、衬底加工和测试评价四个部分组成。对源材料合成工艺中的放热过程和合成料化学计量比的控制方法进行了研究。通过测量合成反应过程中石英坩埚的温度,计算了合成反应过程的放热速率。用可视监控系统观测了碲锌镉多晶合成反应的动态过程,揭示了影响合成反应速率的因素。在此基础上,用温度梯度法和定向凝固法技术实现了对合成反应速率和合成料化学计量比的有效控制。     

Synthesis,growth and characterization of AgInSe2 single crystals

Single crystal of the ternary semi-conductor AgInSe₂ has been grown by Bridgman technique. The AgInSe₂ crystal crystallizes in the tetragonal chalcopyrite structure. Using melt temperature oscillation method polycrystalline charge was synthesized. The synthesized charge was subjected to powder X-ray diffraction analysis. Thermal property of AgInSe₂ was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) technique. The melting and solidification temperature is 777 °C and 761 °C respectively. The synthesized polycrystalline charge was employed to grow AgInSe₂ single crystals. The grown crystal was confirmed by single crystal X-ray diffraction. The crystal exhibits 60% transmission in the Infrared region. The stoichiometric composition of AgInSe₂ was confirmed by Energy dispersive X-ray analysis (EDAX). The electrical properties of the crystal were studied by Hall Effect measurements and photoconductivity.     

微波退火非晶硅薄膜低温晶化研究

多晶硅薄膜晶体管以及其独特的优点在液晶显示领域中起着重要的作用。为了满足在普通玻璃衬底上制备多晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器,低温制备（＜600℃高质量多晶硅薄膜已成为研究热点。文章研究了一种低温制备多晶硅薄膜的新工艺;微波退火非晶硅薄膜固相晶化法,利用X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜分析了微波退火工艺对非晶硅薄膜固相晶化的影响,成功实现了低温制备多晶硅薄膜。     

机床支架铸造凝固过程温度场计算机软件模拟研究

采用CAD/CAE结合技术对机床支架铸造凝固过程温度场进行有限元分析是一种很好的选择.根据材料特性随温度变化的特点,对铸件凝固过程的温度场进行分析,得到温度随时间变化的分布云图和温度梯度分布云图,让铸件的凝固过程可视化,对预测缩孔,缩松等铸造缺陷提供基础数据,分析评价并通过控制凝固条件优化铸造工艺,减少工艺准备失误率,缩短试制周期,降低试制成本有显著的作用.     

高性能金属诱导单向横向晶化多晶硅薄膜晶体管技术和应用

低温金属单向诱导横向晶化多晶硅薄膜晶体管技术与常规的固相晶化多晶硅薄膜晶体管相比，制作工艺简单，而且提高了场效应迁移率和漏极击穿电压，降低了漏电电流，改进了器件参数空间分布的均匀性。我们使用金属单向诱导横向晶化多晶硅薄膜晶体管技术，成功地制作了有源矩阵液晶显示器和有源矩阵有机发光二极管显示器。     

The melt growth and doping of CdGeP2

Crystals of the ternary chalcopyrite CdGeP2 have been grown from doped and undoped melts by directional solidification. We find that the stoichiometry and temperature gradient in the melt are critical factors in determining crystal quality. The effect of excess phosphorous is particularly dramatic, causing a rapid deterioration of crystal quality when the excess is greater than 3 at.% in the charge. This empirical observation led us to perform measurements of the total vapor pressure over CdGeP₂ as a function of temperature. The vapor species was found to consist almost entirely of phosphorous and the measured pressure at 790°C was 1.92±.15 atm. An extensive search for dopants suitable for the production of low-resistivity CdGeP₂ was unsuccessful. It was found that doping heavily with In and Ga produced high-resistivity n- and p-type crystals, respectively, but no shallow donors or acceptors were found.     

CO2激光熔凝中熔池冷却过程检测研究

为了研究激光熔凝温度场的分布,采用非接触式的直接检测方法,研制了一套新型激光熔池动态检测系统,实时拍摄了激光熔凝中熔池冷却过程热辐射图像,进行了理论分析和实验验证,取得了熔池冷却时非稳态温度场分布数据。结果表明,激光熔凝熔池冷却过程分为熔化凝固和固态降温两个过程,检测得到了熔化时间、凝固时间、熔池温度场分布、熔池尺寸等信息。这一结果对于激光熔凝工艺参数的优化选择设计是有帮助的。     

Solidification behavior of highly supercooled polycrystalline silicon droplets

Polycrystalline silicon balls are popularly used for solar cells to lower cost and improve their light collection capability. This article investigates on the microstructure evolution during solidification of polycrystalline silicon. The uniform droplet spray process, a controlled capillary jet break-up process, which enables stringent control of the nucleation and microstructure evolution during solidification of alloy droplets in a thermal spray process, was used to produced mono-sized silicon droplets. The experimental parameters for production of silicon droplets were established and the solidification behavior of silicon droplets was investigated using the modification of the free dendritic growth model and the dendritic fragmentation model. This enabled us to correctly establish the transition supercooling for transformation from lateral growth mode to continuous growth mode to be between 81 K and 172 K. The model was used to predict the microstructure of polycrystalline silicon droplets for solar cells produced by a droplet based manufacturing method, enabling greater control over process parameters and its relation to the final microstructure.     

激光超高温度梯度快速定向凝固研究

研究了激光重熔工艺参数对三种不同成分的Cu Mn合金重熔区微观组织生长方向的影响。结果表明 ,熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数 (激光输出功率和扫描速度 )和合金成分的影响。通过选择合适的工艺参数 ,实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固 ,其温度梯度可高达 10 6 K m ,速度可高达 2 4mm s。利用激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键在于 :1)在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度 ;2 )根据合金凝固特性选择适当的激光工艺参数以获得胞晶组织。