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《多晶硅鑄錠脫模納米氮化硅》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、多晶硅鑄錠脫模的納米氮化硅1）納米氮化硅脫模原理多晶硅和單晶硅生產(chǎn)時，在原料熔化、晶體生長過程中，硅熔體和坩堝長時間接觸會產(chǎn)生黏滯性。由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，如果硅材料和坩堝壁結(jié)合緊密，在晶體冷卻時很可能造成晶體硅或坩堝破裂。而硅熔體和坩堝的長時間接觸還會造成陶瓷坩堝的腐蝕，使多晶硅中的氧濃度升高。為了解決這些問題，國外工藝上一般采用高純氮化硅材料作為涂層附在坩堝的內(nèi)壁，隔離硅熔體和坩堝的直接接觸，不僅解決了黏滯問題，而且可以降低多晶硅中的氧、炭等雜質(zhì)濃度。利用定向凝固技術(shù)生長的鑄造多晶硅，多
2、數(shù)情況下坩堝是消耗品，不能重復(fù)循環(huán)使用，即每爐多晶硅都需要消耗一只陶瓷坩堝。采用氮化硅涂層后可使石英陶瓷坩堝得到重復(fù)使用，大幅度降低生產(chǎn)成本。我公司根據(jù)多晶硅和單晶硅生產(chǎn)工藝特點，與中科院、清華大學(xué)合作，開發(fā)出石英坩堝專用脫膜劑-高純度氮化硅及相關(guān)噴涂工藝。高純氮化硅脫模劑粒度在1-2微米之間，可以有效地解決在涂層高溫固化過程中的氧化問題，使多晶硅和單晶硅的純度獲得大幅度提高，其粉末的純度可達(dá)99.99％以上,可用作光伏工業(yè)中熔煉多晶硅鑄錠的石英坩堝涂層材料?？捎行Х乐观釄鍍?nèi)壁與熔融硅料粘接，方便脫
3、模，同時起到阻隔層作用，保證硅錠純度，產(chǎn)品已在江西，福建，江蘇，河南等多個廠家使用，具有優(yōu)異的脫模性能，并且與納米氮化硅或其他類型脫模劑相比，具有優(yōu)異的抗氧化性能，確保生產(chǎn)過程中碳、氧等雜質(zhì)濃度獲得有效控制。產(chǎn)品純度高，粒度均勻，性能上完全可與國外同類產(chǎn)品相比較，目前已實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。因此可以解決目前國內(nèi)的石英坩堝涂層粉完全依賴日本UBE、德國Starck等進口，且有較大成本優(yōu)勢。2）技術(shù)參數(shù)高純氮化硅性能指標(biāo)如下：產(chǎn)品名稱純度比表面積平均粒度Si3N4>99.99%20m2/g0.5-1um高純氮
4、化硅純度檢測：分析測試結(jié)果，w/%雜質(zhì)名稱CuFeCrNiCoZn雜質(zhì)含量<0.00010.0001<0.00010.0002<0.00010.0001雜質(zhì)名稱AlMgCaVNaW雜質(zhì)含量0.00020.0001-----0.0001<0.0001<0.0001由于硅材料占太陽電池成本中的絕大部分，降低硅材料的成本是光伏應(yīng)用的關(guān)鍵。澆鑄多晶硅技術(shù)是降低成本的重要途徑之一，該技術(shù)省去了昂貴的單晶拉制過程，也能用較低純度的硅作投爐料，材料及電能消耗方面都較省。（1）鑄錠工藝鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄
5、法兩種。定向凝固法是將硅料放在柑塌中加以熔融，然后將柑塌從熱場中逐漸下降或從增蝸底部通上冷源以造成一定的溫度梯度，使固液界面從柑蝸底部向上移動而形成晶錠。定向凝固法中有一種稱為熱交換法（HEM），在柑禍底部通入氣體冷源來形成溫度梯度。澆鑄法是將熔化后的硅液從增禍中倒入另一模具中凝固以形成晶錠，鑄出硅錠呈方形，切成的硅片一般尺寸為10cmXl0cm，平均晶粒尺寸從毫米到厘米。鑄錠法中需要解決的主要問題是：（1）盛硅容器的材質(zhì)。國為硅熔體冷凝時會牢固地粘附在柑禍的內(nèi)壁，若兩者的膨脹系數(shù)不同，硅固化時體積
6、增加9％，會使硅錠產(chǎn)生裂紋或破碎。此外，熔化硅幾乎能與所有材料起化學(xué)反應(yīng)，因而柑禍對硅料的污染必須控制在太陽級硅所允許的限度以內(nèi)。（2）晶體結(jié)構(gòu)。用調(diào)整熱場等方法控制晶體結(jié)構(gòu)，以生長出大小適當(dāng)（數(shù)毫米）的具有單向性的晶粒，并盡量減少晶體中的缺陷，這樣才有可能制成效率較高的電池。近年來，鑄錠工藝主要朝大錠的方向發(fā)展。技術(shù)先進的公司生產(chǎn)的鑄錠多在55cmX55cm（錠重150kJ左右，目前65cmX65cm（錠重230kJ的方形硅錠也已被鑄出，鑄錠時間在3一43h范圍，切片前硅材料的實收率可達(dá)到83．8
7、％。大型鑄錠爐多采用中頻加熱，以適應(yīng)大形硅錠及工業(yè)化規(guī)模。與此同時，硅錠質(zhì)量也得到明顯的改進，經(jīng)過工藝優(yōu)化和柑蝸材質(zhì)改進，使缺陷及雜質(zhì)、氧、碳含量減少。在晶體生長中固液界面的形狀會影響晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性與材料的電性能，一般而言，水平形狀的固液界面較好。由于硅錠整體質(zhì)量的提高，使硅錠的可利用率得到明顯提高。由于鑄錠中采用低成本的柑禍及脫模涂料，對硅錠的材質(zhì)仍會造成影響。近年來電磁法（EMC）被用來進行鑄錠試驗，方法是投爐硅料從上部連續(xù)加到熔融硅處，而熔融硅與無底的冷柑渦通過電磁力保持接觸，同時固化的硅被
8、連續(xù)地向下拉。冷增渦用水冷的銅渦來形成。目前該工藝已鑄出截面為220mmX220mm的長硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。生產(chǎn)性的鑄錠爐已鑄造出500kg的硅錠，錠的截面為350mmX350mm，2．2m長，固化率為1mm／min。固化及冷卻時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力是影響硅錠質(zhì)量的主要參數(shù)，應(yīng)不斷優(yōu)化和改進。該法能否正式進入工業(yè)化生產(chǎn)仍在實驗評估中。我國在80年代初就開始了多晶硅材料和太陽電池研究，進行鑄錠材料研究的有北京有色金屬研究總院、上海有色金屬研究所、復(fù)旦大學(xué)；其中上
