多晶硅鑄錠不同區(qū)域的應(yīng)力及其對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響研究開(kāi)題報(bào)告.doc

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1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告（學(xué)生填表）學(xué)院：材料科學(xué)與工程2014年2月28日課題名稱(chēng)多晶硅鑄錠不同區(qū)域的應(yīng)力及其對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響研究學(xué)生姓名白秋娟專(zhuān)業(yè)班級(jí)無(wú)機(jī)非101課題類(lèi)型論文指導(dǎo)教師李麗華職稱(chēng)講師課題來(lái)源科研1.設(shè)計(jì)（或研究）的依據(jù)及意義能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，而化石類(lèi)能源儲(chǔ)量有限，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的需求卻不斷上升。太陽(yáng)能作為一種清潔并且取之不盡用之不竭的能源，有著巨大的應(yīng)用潛力。光伏發(fā)電技術(shù)是對(duì)太陽(yáng)能利用的一種主要形式，而太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置。相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)，太陽(yáng)

2、能光伏發(fā)電具有清潔無(wú)污染、發(fā)電成本低、利用范圍廣等許多優(yōu)點(diǎn)。就我國(guó)的情形來(lái)看，我國(guó)太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)走向?qū)l(fā)生很大改變，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)光伏發(fā)電的市場(chǎng)主流將會(huì)有獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。目前，太陽(yáng)能電池中多晶硅電池占據(jù)重要地位，多晶硅太陽(yáng)能電池約占市場(chǎng)份額的90%。太陽(yáng)能電池其關(guān)鍵技術(shù)是提高光電轉(zhuǎn)換效率、降低生產(chǎn)成本和能耗。而多晶硅太陽(yáng)能電池成本較高，所以多晶硅向降低成本、超薄高效的方向發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)中多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%。多晶硅太陽(yáng)能電池相對(duì)于單

3、晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率較低。就是因?yàn)槎嗑Ч璨牧现杏胁豢杀苊獾挠泻﹄s質(zhì)和高密度的缺陷，多晶硅中的位錯(cuò)是影響光電轉(zhuǎn)換效率的主要因素之一，位錯(cuò)的產(chǎn)生與熱應(yīng)力有很大的關(guān)系。本課題用定向凝固法制得的多晶硅，對(duì)其不同區(qū)域進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，研究應(yīng)力對(duì)多晶硅性能的影響。2、國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)計(jì)（同類(lèi)研究）的概況綜述近些年人們多采用澆鑄法、布里奇曼法、熱交換法、電磁鑄錠法制備多晶硅，現(xiàn)在主要用布里奇曼法結(jié)合熱交換法制備多晶硅[1]。目前，多晶硅的應(yīng)力測(cè)試方法還不太成熟，大都是一些模擬性實(shí)驗(yàn)。由于MEMS[2]中的多晶硅薄膜具有

4、明顯的小尺度特征，準(zhǔn)確測(cè)量多晶硅薄膜的殘余應(yīng)力并不是一件容易的事情。在對(duì)薄膜的殘余應(yīng)力測(cè)量中主要采用兩種方法。一種是X射線衍射[3,4]，通過(guò)測(cè)量薄膜晶體中晶格常數(shù)的變化來(lái)計(jì)算薄膜的殘余應(yīng)力。這種方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜微區(qū)殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確測(cè)量，但測(cè)量范圍較小，且對(duì)試樣的制備具有較高的要求，基本不能實(shí)現(xiàn)在線薄膜殘余應(yīng)力測(cè)量。另一種是顯微拉曼譜測(cè)量法[57]，該方法具有非接觸、無(wú)損、寬頻譜范圍和高空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量薄膜在殘余應(yīng)力作用下引起的材料拉曼譜峰的移動(dòng)可推知薄膜的殘余應(yīng)力分布。清華大學(xué)的吳昊、孟永剛等

5、[8]利用顯微拉曼普對(duì)橋式多晶硅薄膜的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多晶硅薄膜梁的中部存在很大的拉伸殘余應(yīng)力（約1GPa），且多晶硅薄膜的殘余應(yīng)力沿梁長(zhǎng)方向大致呈對(duì)稱(chēng)分。薄膜殘余應(yīng)力分布狀況與顯微拉曼譜法的測(cè)量結(jié)果吻合。中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的桑勝波、薛晨陽(yáng)等[9]利用拉曼(Raman)光譜來(lái)定量分析由單晶硅和多晶硅材料構(gòu)成的微機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試方法，說(shuō)明了此方法的基本原理；針對(duì)目前應(yīng)力與拉曼頻移公式不系統(tǒng)的情況，系統(tǒng)地推導(dǎo)了單晶硅應(yīng)力σ與相對(duì)拉曼頻移Δω、多晶硅應(yīng)力τ與相對(duì)拉曼頻移Δω

6、的關(guān)系。X.J.Chen,S.Nakano,L.J.Liu,K.Kakimoto等[10]利用有限元建立的熱彈性應(yīng)力模型對(duì)硅錠熱應(yīng)力和位錯(cuò)密度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在較低的硅錠熱應(yīng)力和位錯(cuò)密度低的情況下坩堝約束降低,硅錠凝固時(shí)間較長(zhǎng)。參考文獻(xiàn)：[1]武冠男,張軍,劉林,傅恒志.太陽(yáng)能級(jí)多晶硅定向凝固技術(shù)的研究進(jìn)展,《鑄造技術(shù)》,2008,65-70.[2]KnitterR,GohringD,RisthausP,etc.Micro-fabricationofCeramicMicroreactors.Microsyst

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