多晶硅錠的制備工藝以及硅片的加工工藝介紹

一、多晶硅錠的制備工藝

根據(jù)生長方法的不同，多晶硅可分為等軸晶、柱狀晶。通常在熱過冷及自由凝固的情況下會形成等軸晶，其特點是晶粒細(xì)，機械物理性能各向同性。如果在凝固過程中控制液固界面的溫度梯度，形成單方向熱流，實行可控的定向凝固，則可形成物理機械性能各向異性的多晶柱狀晶，太陽能電池多晶硅錠就是采用這種定向凝固的方法生產(chǎn)的。在實際生產(chǎn)中，太陽能電池多晶硅錠的定向凝固生長方法主要有澆鑄法、熱交換法（H EM）、布里曼（B ridgem an）法、電磁鑄錠法，其中熱交換法與布里曼法通常結(jié)合在一起。

熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（?避免了二次污染），其中熱交換法是將硅料在坩堝中熔化后，在坩堝底部通冷卻水或冷氣體，在底部進(jìn)行熱量交換，形成溫度梯度，促使晶體定向生長。布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動使結(jié)晶好的晶體離開加熱區(qū)，而液硅仍然處于加熱區(qū)，這樣在結(jié)晶過程中液固界面形成比較穩(wěn)定的溫度梯度，有利于晶體的生長。其特點是液相溫度梯度dT/dX 接近常數(shù)，生長速度受工作臺下移速度及冷卻水流量控制趨近于常數(shù)，生長速度可以調(diào)節(jié)。

本項目生產(chǎn)所用結(jié)晶爐是采用熱交換與布里曼相結(jié)合的技術(shù)。本項目采用中國電子科技集團公司第四十八研究所研發(fā)的擁有先進(jìn)技術(shù)的R13450-1型多晶硅鑄錠爐，它采用先進(jìn)的多晶硅定向凝固技術(shù)，將硅料高溫熔融后通過特殊工藝定向冷凝結(jié)晶,從而達(dá)到太陽能電池生產(chǎn)用多晶硅品質(zhì)的要求，是一種適用于長時間連續(xù)工作，高精度、高可靠性、自動化程度高的智能化大生產(chǎn)設(shè)備。

工藝特點：

工作臺通冷卻水，上置一個熱開關(guān)，坩堝則位于熱開關(guān)上。硅料熔融時，熱開關(guān)關(guān)閉，結(jié)晶時打開，將坩堝底部的熱量通過工作臺內(nèi)的冷卻水帶走，形成溫度梯度。同時坩堝工作臺緩慢下降，使凝固好的硅錠離開加熱區(qū)，維持固液界面有一個比較穩(wěn)定的溫度梯度，在這個過程中，要求工作臺下降非常平穩(wěn)，以保證獲得平面前沿定向凝固。

二、硅片的加工工藝

硅片的加工是將硅錠經(jīng)表面整形、切割、研磨、腐蝕、拋光、清洗等工藝，加工成具有一定寬度、長度、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光潔度，表面無缺陷、無崩邊、無損傷層，高度完整、均勻、光潔的鏡面硅片。這一流程也包括了太陽能電池制造階段硅片的表面處理工序，在連續(xù)生產(chǎn)中可以歸并。將硅錠按照技術(shù)要求切割成硅片，才能作為生產(chǎn)制造太陽能電池的基體材料。因此，硅片的切割，即通常所說的切片，是整個硅片加工的重要工序。所謂切片，就是硅錠通過鑲鑄金剛砂磨料的刀片(或鋼絲)的高速旋轉(zhuǎn)、接觸、磨削作用，定向切割成為要求規(guī)格的硅片。切片工藝技術(shù)直接關(guān)系到硅片的質(zhì)量和成品率。切片的方法主要有外圓切割、內(nèi)圓切割、多線切割以及激光切割等。本項目采用多線切割工藝。

切片工藝技術(shù)的原則要求是：①切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。②斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。③提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。④提高切割速度，實現(xiàn)自動化切割。

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