铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究
-νψ -收稿日期:2007-04-06
基金项目:国家科技攻关计划(2004BA410A02);浙江省自然科学基金资助项目(Y105468)作者简介:唐 骏(1967-),男,浙江丽水人,双硕士。
铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究
唐 骏1
,黄笑容2
,席珍强3
,杜平凡3
,姚 剑3
,徐 敏
3
(1.中国光电技术发展中心,浙江杭州310012;2.杭州海纳半导体有限公司,浙江杭州310027;
3.浙江理工大学材料研究中心,浙江杭州310018)
摘 要:主要研究了铸造多晶硅晶锭不同位置的硅片在磷吸杂前后电学性能的变化。结果发现,经过870℃磷吸杂40m in 后不同位置处硅片的少数载流子寿命都有显著的提高,其中来自硅锭底部硅片的少数载流子寿命的提高程度明显低于来自顶部样品寿命的提高幅度。由于氧的分凝效应,在铸造多晶硅底部材料中含有较高浓度的间隙氧。结果表明,多晶硅磷吸杂的效果不仅与材料中过渡族金属的分布以及形态有关,而且还可能与硅中氧的浓度有关。
关键词:多晶硅;磷吸杂;少子寿命
中图分类号:TK512 文献标识码:B 文章编号:1004-3950(2007)03-0034-03
Phosphorous getter i n g of ca st m ulti cryst a lli n e sili con wafers from d i fferen t positi on s of the i n got
TANG Jun 1
,HUANG X iao 2rong 2
,X I Zhen 2qiang 3
,et al
(1.China Nati onal P V Technol ogy Devel opment Center,Hangzhou 310012,China;
2.Hangzhou Haina se m icondut or Co .,L td,Hangzhou 310027,China;
3.Center of Materials Engineering,Zhejiang Sci 2Tech University,Hangzhou 310018,China )
Abstract:The electrical p r operties of cast multicrystalline wafers cut fr om different positi ons of the ingot were studied by m icr owave phot o conductive decay (μ2PCD )before and after phos phor ous gettering treat m ent at 870℃for 40m i 2nutes .The m inority 2carrier lifeti m e of all wafers increased noticeably after phos phor ous gettering .Moreover,the gette 2ring effect of the wafers fr om the t op of the ingot was more obvi ous than that fr om the bott om.It was f ound that a high concentrati on of oxygen existed at the bott om of the ingot,which was due t o the segregati on effect .The results showed that the gettering perf or mance of multicrystalline silicon not only depended on the distributi on and state of transiti onal metals but als o was influenced by the oxygen concentrati on .Key words:multicrystalline silicon;gettering;lifeti m e
0 引 言
磷扩散是单晶硅和多晶硅太阳电池制备工艺中非常重要的一道工艺。在磷扩散形成pn 结的同时利用重掺硅中过渡族金属的固溶度远高于轻掺硅中过渡族金属的固溶度的特点对基体p 型硅中过渡族金属进行吸杂,减少基体材料中深能级杂质的含量,从而显著改善材料的电学性能。
过去的几十年中,单晶硅和多晶硅材料中磷吸杂规律有了较为深入的研究。NARAY ANAN
S [1]和LOGH MART M
[2]
等发现磷吸杂工艺会显
著提高多晶硅太阳电池的转换效率。进一步研究发现,多晶硅中磷吸杂的效果还依赖于其他一些
因素,如多晶硅中氧的浓度。MARTI N UZZI S [3]
研
究表明,当多晶硅中氧浓度高于6.0×1017c m -3
时,磷吸杂的效果就不明显,然而影响的机理还不
清楚,而且当氧浓度低于6.0×1017c m -3
时,氧对多晶硅中磷吸杂是否有影响也不是很清楚。
本文主要介绍利用微波光电导衰减少数载流子寿命仪(μ-PCD )和傅立叶红外仪(FTI R )研究
新能源及工艺
铸造多晶硅硅锭不同位置处硅片的磷吸杂效果。1 实 验
实验所用硅片是宁波晶元太阳能有限公司所
生产的铸造多晶硅。硅片来自于同一晶柱上、中、尾三个位置,电阻率在0.8～1.2Ω?c m之间,厚度为240μm,大小为2c m×2c m,每个位置同时取两个样品。先将硅片用HNO
3
∶HF(3∶1)去除表面损伤层,采用傅立叶红外仪和少数载流子寿命仪分别测试材料中的氧含量和原始少数载流子寿命。在磷吸杂前,需要采用标准的RCA清洗液进行表面的清洗以去除表面的沾污。磷扩散是在
磷扩散炉中870℃下采用P OCl
3
作为扩散源热处理40m in。磷扩散后采用10%HF溶液去除样品表面的磷硅玻璃,然后再采用少数载流子寿命仪测试其少数载流子寿命。
2 实验结果和讨论
图1、图2和图3分别显示的是铸造多晶硅同一晶柱上底部、中部和顶部部分硅片在磷吸杂前后少数载流子寿命分布。硅片所经过的磷吸杂工艺为870℃磷扩散40m in。从图(a)可以发现,在磷吸杂前,在同一硅片上尽管存在着少数载流子寿命分布不均的现象,但是来自硅锭中部的硅片中少数载流子寿命一般都远远高于底部和顶部硅片的少数载流子寿命,其少数载流子寿命的范围在5.4～6.8μs之间。以前的研究结果表明,这种少数载流子寿命随硅锭高度的变化规律主要是由材料中铁浓度的分布规律所决定的[4]。在铸造多晶硅硅锭中,不论在顶部还是在底部都存在着高浓度的铁,顶部高浓度的铁主要是由于晶体生长时的分凝现象所导致,铁的分凝系数远小于1,所以原生多晶硅材料中的铁富集于硅锭的顶部,而底部高浓度的铁则主要是由于晶体凝固过程中坩埚里的铁杂质通过固相扩散而富集于硅锭的底部。铁在硅中会与主元素B结合形成铁硼对,铁硼对会在硅的禁带中引入深能级,从而导致硅锭的底部和顶部少数载流子寿命低于中部的少数载流子寿命。
磷吸杂是一种非常有效的改善多晶硅材料电学性能的方法。对比图1～3的(a)和(b)可以发现,经过磷吸杂处理,不论是底部、中部还是顶部的硅片其少数载流子寿命都有大幅度的提高,同时磷吸杂后也存在着少数载流子寿命分布不均匀的现象。其平均少数载流子寿命的对比图如图
4
图1 铸造多晶硅底部硅片在磷吸杂前后的
少数载流子寿命图
图2 铸造多晶硅中部硅片在磷吸杂前后的
少数载流子寿命图
图3 铸造多晶硅顶部硅片在磷吸杂前后的
少数载流子寿命图
所示,从图4也可以发现平均少数载流子寿命也得到了显著的提高。其中中部样品磷吸杂后其少数载流子寿命达到了11μs,而且底部样品经过磷吸杂后其少数载流子寿命依然明显低于中部样品的少数载流子寿命。另外,对比底部和顶部样品,还可以发现它们的原生平均少数载流子寿命相差不大,但是经过磷吸杂后顶部样品的少数载流子寿命明显高于底部样品的寿命值,这说明磷吸杂对顶部部分硅片电学性能的改善优于底部样品电学性能的改善。
表1显示的是这三个位置处样品中间隙氧的浓度。从表中可以发现,三个位置处氧的浓度都低于6.0×1017c m-3,但是底部样品的吸杂效果明显不如顶部样品的吸杂效果。由于底部样品中含有较高的氧浓度,虽然低于6.0×1017cm-3这
新能源及工艺
2007年,第3期 -νζ -
-ν{ -个临界值,但是在长达40h 多晶硅凝固过程中也可能形成氧沉淀。在集成电路工业中常利用氧沉淀及其诱生缺陷对洁净区中可能存在的过渡族金
属进行吸杂,其机理属于松弛吸杂的原理[5]
。然而在铸造多晶硅中,由于铸造多晶硅中位错和晶界等缺陷的存在,这种吸杂机理似乎不是很显著,因此氧沉淀不应影响磷吸杂的效果。最近的研究表明,在铸造多晶硅中存在着FeSi O 3这类化合物,而且这类化合物比铁沉淀FeSi 2更加稳定[6]
。因此,由于铸造多晶硅底部有着较高浓度的氧和铁,在晶体生长过程中过饱和的铁和氧极有可能形成较为稳定的化合物FeSi O 3。在磷吸杂过程中,重掺层对间隙位的铁、铁硼对或者铁沉淀有着较强的吸杂作用,但是对于FeSi O 3这类稳定的化合物却较难有效地吸杂,从而导致底部硅片的磷吸杂效果明
显不如顶部硅片的磷吸杂效果。
图4 吸杂前后铸造多晶硅不同部分硅片少数
载流子平均寿命的对比
表1 不同位置处铸造多晶硅硅片中的间隙氧浓度
位置
底部样品中部样品顶部样品
间隙氧浓度/1017c m -3
5.02.61.0
3 结 论
用微波光电导少数载流子寿命仪和傅立叶红外仪研究了铸造多晶硅不同位置硅片的磷吸杂效果。实验发现,对于不同位置的铸造多晶硅,磷吸杂可以很显著地提高它们的电学性能,而且顶部硅片的磷吸杂效果明显优于底部样品的磷吸杂效果。底部样品中高浓度的氧和铁可能形成更为稳定的铁的硅酸盐,从而降低磷吸杂的效果。参考文献:
[1] NARAY ANAN S,W E NHAM S R,GREE N M A.
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子寿命的影响[J ].太阳能学报,2007,28(2):1512
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lar cells and its i m pact on m inority carrier diffusi on length[J ].App l Phys,2003,94:6552-6559.
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报 道
太阳电池转换效率超40%
美国能源部(DOE )宣布了一种新的太阳能电池,转换效率超过40%。这种电池由Boeing 2Spectr o 2
lab 生产,通过反射镜和棱镜来增加进入电池的阳光。DOE 表示这种电池的售价为3美元/W ,生产电力的成本为8～10美分/k W h 。
传统太阳电池的转换效率只有15%左右,而这种新的电池利用成本相对较低的反射镜和棱镜将阳光集中到电池上来提高转换效率。
Spectr olab 公司预测在现有技术条件下,太阳电池的转换效率最终能达到45%。
■摘自《消费日报》
新能源及工艺
硅片生产工艺流程及注意要点
硅片生产工艺流程及注意要点 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 表1.1 硅片加工过程步骤 1.切片 2.激光标识 3.倒角 4.磨片 5.腐蚀 6.背损伤 7.边缘镜面抛光 8.预热清洗 9.抵抗稳定——退火 10.背封 11.粘片 12.抛光 13.检查前清洗 14.外观检查
15.金属清洗 16.擦片 17.激光检查 18.包装/货运 切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。
铸造多晶硅杂质和缺陷处理工艺研究进展
铸造多晶硅杂质和缺陷处理工艺研究进展 摘要：近年来，低成本和高效率的多晶硅已经成为最主要光伏材料之一。本文从太阳能电池制备工艺角度出发，综述了国内外近年来关于对铸造多晶硅杂质和缺陷处理方面的工艺研究进展。分析比较了各种处理工艺，包括磷吸杂、铝吸杂、磷铝共吸杂和多孔硅吸杂对杂质吸除效果、少子寿命的影响。也分析了钝化和热处理工艺对多晶硅材料性能的影响。综合考虑成本要求和除杂效果，高温P-AI 联合吸杂以及多孔硅吸杂是较好的选择，它们可能在未来的铸造多晶硅除杂工艺领域中占据重要地位。 一、引言 随着国际原油的价格突破100美元/桶，能源问题变得愈来愈严峻。与此同时，环境问题也要求新能源能够替代化石能源。自1954年贝尔实验室研制出第一块太阳电池以来，光伏材料为基础所制得的太阳电池直接将太阳能转化为电能，这被公认为解决能源和环境问题最有效的途径之一。 在过去的五年中，光伏产业的年增长率超过了40%，成为目前发展最快的产业。2006年，全球太阳能电池产能达到了2520MWp，创造了一个价值120亿欧元的产业。据商业分析，2010年的太阳能产值将达到400亿欧元。 多晶硅作为太阳能电池的主要原料之一，以其相对低廉的成本，成为最重要的原材料，目前已经占据市场50%以上的份额，并且市场份额还有继续扩大的趋势。但是，由于太阳能用多晶硅原材料很多都来源于微电子工业的头尾料，从而导致太阳能用铸造多晶硅中存在大量的微缺陷和氧、氮、碳等非金属杂质，以及较多的铁、铜、镍、锰、钛等金属杂质。多晶硅中位错、晶界等这些扩展缺陷存在的悬挂键和金属杂质是少数载流子的复合中心，这些金属杂质和微缺陷在硅禁带中引人了深能级，成为光生少数载流子的复合中心，从而减少了少数载流子的寿命，严重影响了太阳电池的光电转换效率。如何消除这些因素对多晶硅电池的影响就成为当前研究的主要课题之一。 本文从太阳能电池制备工艺角度出发，综述了国内外近年来关于对铸造多晶硅杂质和缺陷的处理方法的报道，分析比较了各种处理工艺对杂质吸除效果、少子寿命的影响，并对未来的技术和工艺发展的趋势做出了展望。 二、吸杂工艺 吸杂可分为外吸杂和内吸杂，内吸杂是利用硅中氧沉积所产生的缺陷作为“陷阱”，以此捕获硅体内的杂质，从而在表面形成一层“洁净”区域用于制备器件，一般用于IC（Integrated Circuit）行业。外吸杂是采用外部吸收的方式， 使金属杂质从活跃区域移动到不产生负面效果的区域，一般是采用磷、铝的单独吸杂或两者的共同吸杂。太阳电池作为体器件，其吸杂只能使用外吸杂。
预处理磷石膏在自流平材料中的应用
- 18 -第40卷第3期 非金属矿 Vol.40 No.32017年5月 Non-Metallic Mines May, 2017 磷石膏是磷肥企业生产磷酸过程中排放的工业废渣，每生产1 t P 2O 5将产出4.5~5.5 t 磷石膏，2015年我国磷石膏排放量已经超过8000万t ，磷石膏中含有的可溶磷、氟、有机物、碱金属和少量放射性元素等杂质[1-2]， 对生态环境、人类生活产生较大影响。寻找价格低廉且效果较好的磷石膏预处理方式，并研究其作为建筑基材，加入适量粉煤灰、水泥等，制备半水磷石膏基自流平材料，不仅可以解决磷石膏难以利用的问题，提高磷石膏利用率，降低磷石膏带来的生态环境压力和企业发展压力，还可制备出价格较天然石膏基、水泥基和环氧基自流平材料低的自流平材料[3]，扩大自流平材料的发展。1 实验部分 1.1 原料及试剂 磷石膏： 瓮福集团，灰白粉末状，pH 值为6.13，CaO 含量29.85%；普通42.5硅酸盐水 泥，pH 值为12.51，CaO 含量55.54%；粉煤灰，贵州金沙电厂。Ⅱ级粉煤灰，pH 值为10.05，SiO 2含量49.22%。 转晶剂：十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、醋酸镁、柠檬酸钠、硫酸铝，均为分析纯。 1.2 仪器设备 高温高压反应釜， KH-25，上海一凯仪器设备有限公司；流动度测定仪，NLD-3，无锡建仪仪器机械有限公司；手动压力实验机，TYE-300，无锡建仪仪器机械有限公司；电动抗折实验机，DKZ-500，无锡建仪仪器机械有限公司；扫描电子显微镜，DSC204，德国。 1.3 实验方法 根据JC/T 1023-2007《石膏基自流平材料》行业标准检测石膏基自流平材料的流动性、抗折强度、抗压强度；采用扫描电子显微镜（SEM ），结合力学强度、凝结时间、流动度的测试结果分析晶型转化剂对磷石膏的影响机理。 1.4 磷石膏的改性处理工艺 试验采用石灰中和法和蒸压法预处理改性磷石膏，具体预处理工艺流程， 预处理磷石膏在自流平材料中的应用 潘 玲1,2,3 杨成军4 (1 贵州工程应用技术学院 化学工程学院，贵州 毕节 551700；2 贵州省化学化工实验教学示范中心，贵州 毕节 551700；3 贵州省毕节 市煤磷化工工程技术中心，贵州 毕节 551700；4 广西建筑工程质量检测中心，广西 南宁 530000) 摘 要 研究了石灰中和蒸压法预处理磷石膏， 分析不同转晶剂对磷石膏结构和性能的影响，得出复掺0.015%硫酸铝和0.015%烷基苯磺酸钠预处理所得的α半水磷石膏绝干抗压强度能达到32.7 MPa ，外部形貌主要为短柱状。选用粉煤灰、水泥等进行配料分析各组分对半水磷石膏基自流平材料的影响，根据JC/T 1023-2007检验标准检测其性能，并分析其微观结构，确定最佳配比为：α半水磷石膏50%，普通硅酸盐水泥8%，粉煤灰5%。此工艺条件下的自流平材料的绝干抗压强度和抗折强度分别达到16.87 MPa 、6.03 MPa ，30 min 后流动度达到143 mm 。 关键词 磷石膏； 预处理；自流平材料；转晶剂中图分类号： TD985 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2017)03-0018-04The Application of Pretreatment of Phosphogypsum in Self-leveling Materials Pan Ling 1,2,3 Yang Chenjun 4 (1 College of Chemical Engineering, Guizhou University of Engineering Science, Bijie, Guizhou 551700; 2 Experimental Teaching Center of Chemistry And Chemical Engineering, Bijie, Guizhou 551700; 3 The Coal & Phosphorus Chemicals Engineering Technology Center of Bijie City, Bijie, Guizhou 551700; 4 Guangxi Construction Testing Center, Nanning, Guangxi 530000) Abstract Surface of phosphogypsm(PG) was modified with the lime neutralization to analyze different crystal agent how to affect the structure and properties of PG, the dry compressive strength of α-hemihydrated phosphogypsum after pretreatment with 0.015% aluminum sulfate and 0.015% twelve benzene sulfonte can reach 32.7 MPa, the external morphology is short column. Fly ash, ordinary portland cement and others ingredients were added and analysis of each component influence on self-levleing material based on hemihydrated phosphogypsum was carried, testing its performance according to the JC/T 1023-1023-2007 and analyzing its microstructure, results showed that the optimum ratio was as follows: 50% α-hemihydrated phosphogypsum, 8% ordinary portland cement, 5% fly ash. The absolute dry compressive strength and oven dry flexural strength reached 16.87 MPa, 6.03 MPa, the fluidity was 143 mm after 30 min. Key words phosphogypsum; pretreatment; self-leveling material; transformation agents of crystal type 收稿日期：2017-03-21 基金项目：省、市、院科技联合基金项目（黔科合LH 字[2015]7600号）。 万方数据
硅片生产工艺技术流程
顺大半导体发展有限公司太阳能用 硅单晶片生产技术 目录 一、硅片生产工艺中使用的主要原辅材料 1、拉制单晶用的原辅材料，设备和部件： 2、供硅片生产用的原辅材料，设备和部件： 二、硅片生产工艺技术 1、硅单晶生产部 （1）、腐蚀清洗工序生产工艺技术 对处理后原材料质量要求 （2）、腐蚀清洗生产工艺流程 ①多晶硅块料，复拉料和头，尾料处理工艺流程 ②边皮料酸碱清洗处理工艺流程 ③埚底料酸清洗处理工艺流程 ④废片的清洗处理工艺流程 （3）、硅单晶生长工艺技术 （4）、单晶生长中的必备条件和要求 ①单晶炉 ②配料与掺杂 （5），单晶生长工艺参数选择 （6）、质量目标： （7）、硅单晶生长工艺流程
2、硅片生产部 （1）、硅片加工生产工艺技术 （2）、硅片加工工艺中的必备条件和要求 ①切割机 ②切割浆液 （3）、质量目标 （4）、硅片加工工艺技术流程 ①开方锭生产工艺流程 ②切片生产工艺流程 （5）、硅片尺寸和性能参数检测
前言 江苏顺大半导体发展有限公司座落于美丽的高邮湖畔。公司始创生产太阳能电池用各种尺寸的单晶和多晶硅片。拥有国内先进的拉制单晶设备104台，全自动单晶炉112台。年产量可达到××××吨。拥有大型先进的线切割设备×××台。并且和无锡尚德形成了合作联盟（伙伴），每×可以向尚德提供×××硅单晶片。同时河北晶于2004年，占地面积××××。公司现在有×××名员工，从事澳、南京等光伏组件公司都和顺大形成了长年的合作关系。为了公司的进一步发展，扩大产业链，解决硅单晶的上下游产品的供需关系，2006年在扬州投资多晶硅项目，投资规模达到××亿。工程分两期建设，总规模年产多晶硅6000吨。2008年底首期工程已经正式投入批量生产，年产多晶硅×××吨。 太阳能用硅片生产工艺十分复杂，要通过几十道工序才能完成，只有发挥团队精神才能保证硅片的最终质量。编写该篇壮大资料的目的：首先让大家了解整个硅片生产过程，更重要的是让各生产工序中的每一位操作人员明确自己的职责，更自觉地按操作规程和规范做好本职工作，为顺大半导体发展有限公司的发展，尽自己的一份力量。
磷肥工业磷石膏的综合利用研究现状
磷肥工业磷石膏的综合利用研究现状 摘要：本文介绍了磷石膏处理现状、杂质类型及其资源化利用中的预处理工艺。论述了磷石膏在建材业、工业和农业上的应用的现状及前景。提出了我国在磷石膏资源利用中存在的问题，我国磷石膏资源化利用的现状不容乐观,，需加快磷石膏综合利用步伐，减少环境污染。 关键词：磷石膏；综合利用；现状；综述 1 引言 我国矿产资源丰富，拥有世界磷矿资源的8.3%左右，资源占有率位居世界第三，磷矿和磷肥产量为世界第二，与美国、俄罗斯、摩洛哥同属磷供应大国。同时，我国也是一个农业大国，肥料需求大。随着国民经济发展和农业对磷肥的需求的持续增长，我国磷肥消费量位居世界第一，占世界总消费量的29.7%左右，是世界最大的磷肥进口国之一[1]。在过去的十年中我国的磷肥生产平均年增长率为7.76%。磷肥工业的高速发展也带来一些问题,在湿法磷酸生产中副产大量的磷石膏(通常1t P2O5湿法磷酸副产4. 5~5. 0 t磷石膏)，2005年国内副产的磷石膏达到30Mt/a。同时,国内磷肥企业(特别是云南、贵州、湖北、四川等磷复肥基地)长年堆存的磷石膏数量也相当惊人，据2006年7月在沈阳召开的“磷肥、硫酸行业推进循环经济工作会议了解到到2005年底，我国堆存的磷石膏约有100Mt。从全世界范围来看,磷石膏的年排放量也达到280Mt[2]。据预测，2008年全球化肥级磷酸的需求量将超过3000万吨，其中中国磷酸的扩展将占世界一半以上。随着工业、农业上对磷酸、磷铵和重过磷酸钙的需求量增长，其生产过程中的副产品磷石膏也在不断增加。中国目前是世界第一大磷肥生产国，同时也是第一大磷石膏副产国[3]。 然而,磷石膏的资源化利用并不令人满意，目前全世界磷石膏的有效利用率仅为4. 5%左右[4]，也就是说全世界每年得到综合利用的磷石膏只有12.6Mt。而我国磷石膏的有效利用率仅为10%，距国家“十一五”规划工业固体废物综合利用率达到60%的目标尚有较大差距。所以，如不采取措施对其加以利用，磷石膏的任意排放，不仅占用大量土地，浪费了宝贵的硫资源，而且会污染环境，给生态带来危害。因此，废渣安全处理的环境条件己成为建设磷肥厂选择厂址的制约因素，进而直接影响磷复肥工业的发展。从环保和技术安全角度看，磷石膏废渣堆存实非上策，综合利用已是迫在眉睫的大问题。 2 目前磷石膏的处理状况 近年来，各企业和研究者在对磷石膏的治理和综合利用方面进行了积极的探 索，鲁北企业集团等企业大力实施磷石膏综合利用技术改造，旨在能够提高磷石
电池片生产工艺流程汇总
电池片生产工艺流程 一、制绒 a.目的 在硅片的表面形成坑凹状表面，减少电池片的反射的太阳光，增加二次反射的面积。一般情况下，用碱处理是为了得到金字塔状绒面； 用酸处理是为了得到虫孔状绒面。不管是哪种绒面，都可以提高硅片的陷光作用。 b.流程 1.常规条件下，硅与单纯的HF、HNO3（硅表面会被钝化，二氧化硅与HNO3不反应）认为是不反应的。但在两种混合酸的体系中，硅则可以与溶液进行持续的反应。 硅的氧化 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O (慢反应 3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O (慢反应 二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅。 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (快反应 Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O (快反应（第一步的主反应）
4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应 只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应，这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧化，硝酸被还原成氮氧化物。 二氧化硅的溶解 SiO2+4HF=SiF4+2H2O(四氟化硅是气体 SiF4+2HF=H2SiF6 总反应 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 最终反应掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。 2.清水冲洗 3.硅片经过碱液腐蚀（氢氧化钠/氢氧化钾），腐蚀掉硅片经酸液腐蚀后的多孔硅 4.硅片经HF、HCl冲洗，中和碱液，如不清洗硅片表面残留的碱液，在烘干后硅片的表面会有结晶 5.水冲洗表面，洗掉酸液 c.注意
铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa
铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响 摘要： 关键词：多晶硅铸造多晶硅金属杂质 正文： 金属杂质特别是过渡金属杂质，在原生铸锭中的浓度般都低于1×10”cm 3，但是它们无论是以单个原子形式，或者以沉淀形式出现，都对太阳能电池的转换效率有重要的影响。近期由于硅料中所含金属杂质超标，导致多个晶锭出现电阻率严重异常而整锭报废，另外还出现较多晶棒切片后的硅片电阻率出现较大波动，对公司的经济效益带来严重的影响。下面对铸造多晶硅中金属杂质的性质及其对硅片性能的影响进行详细的分析，为多晶硅片的生产及异常硅片的处理提供一定的参考。 1.铸造多晶硅中金属杂质的来源 铸造多晶硅中的金属杂质主要有Fe，Al，Ga，Cu，Co，Ni等，铸造多晶硅中金属杂质的来源主要有以下几个方面： A．原生硅料中含有一定量的金属杂质，这也是金属杂质的一个主要来源。目前由于硅料异常紧缺，导致一些含杂质较多的硅料在市场上 流通，造成铸出的晶锭出现问题的事故时有发生。 B．在硅料的清洗，铸锭及切片的整个过程中由于使用各种金属器件接触，导致金属杂质的引入。这也是铸造多晶硅中金属杂质含量偏高 的一个主要原因。整个工艺流程中引入金属杂质的途径有很多，例 如硅料清洗过程中清洗液的残留，晶锭转运过程中使用的不锈钢转 运车，多晶硅棒破碎过程中所使用的铁锤等。 2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解 硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中，或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着，随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。 A．金属杂质在硅锭中的分布 在高温（>800℃）下，过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质，在高温下，Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于
多晶硅太阳能电池工艺
多晶硅太阳能电池制作工艺概述 [ 雁舞白沙发表于 2005-10-16 18:11:00 ] 孙铁囤陈东崔容强袁哓 上海交通大学应用物理系太阳能所上海空间电源研究所 摘要大规模开发和利用光伏太阳能发电, 提高电池的光电转换效率和降低生产成本是其核心所在，由于近十年人们对太阳电池理论认识的进一步深入、生产工艺的改进、IC技术的渗入和新电池结构的出现，电池的转换效率得到较大的提高，大规模生产上，多晶硅电池的转换效率已接近单晶硅电池，在非晶硅电池稳定性问题未取得较大进展时，多晶硅电池受到人们的关注，其世界产量已接近单晶硅，本文对目前多晶硅太阳电池的工艺发展分别从实验室工艺和规模化生产两个方面作了比较系统的描述。 1 绪论 众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。 下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨论。 2. 实验室高效电池工艺
磷石膏预处理工艺研究
磷石膏预处理工艺研究 摘要：针对我国磷石膏的排放现状及其性能特点，介绍了国内外对磷石膏进行预处理的各种方法，系统研究了水洗、石灰中和、球磨、浮选、筛分以及煅烧等预处理工艺，经过对比分析，对磷石膏建材资源化的预处理提出了可参考性意见。 关键词：磷石膏；杂质；预处理 Abstract： Some methods about phosphogypsum pretreatment in China and abroad are introduced. Keywords: phosphogypsum；impurity；pretreatment 0 前言 磷石膏是磷酸及磷肥类工业在生产过程中所产生的一种工业废渣，每生产1t磷酸排出磷石膏约5～6t，目前全世界的磷酸工业每年生产磷石膏约在1.3亿t以上，我国每年排放的磷石膏业大约在2000万t以上， 大多数国家仍然将磷石膏排入河流、湖泊和海洋中,或堆积在陆地上,大约有28%的磷石膏被再加工利用。磷石膏经排放或堆存、雨水淋溶后其中的氟和残磷等有害物质将随着雨水而浸出,对水体、土壤环境和大气环境造成不同程度的污染。据统计,目前而云南省每年排放的磷石膏就在500万t以上。近年来我国在磷石膏的开发利用方面已经有了一定的研究工作,但其利用率依然不高。根据我国磷石膏的情况,大力开发利用工业副产品磷石膏,保护资源和环境,符合我国资源和环境可持续发展的方向。 磷矿用硫酸分解制取磷酸时,磷矿含有的Fe、Al、Mg等杂质化合物大部分分解,溶于磷酸溶液。在诸多杂质中磷对磷石膏性能影响最大,主要表现为延长磷石膏的凝结时间和降低石膏制品的强度。少量未分解的磷矿、氟化物、酸不溶物、炭化了的有机物质呈细小的质点与反应生成的硫酸钙一起沉淀析出。磷酸溶液与硫酸钙的沉淀过滤分离后,滤饼经过一定的洗涤后,还是含有少量的酸液。这种磷酸生产的含有少量未分解磷矿和游离酸的二水硫酸钙称为磷石膏[1]。磷石膏的外表一般呈灰白色,如果P2O5和水分含量较高时颜色相对较深,粉状,质量轻,比重一般在1.4～1.8t/m3。 磷石膏为用磷矿湿法生产磷酸时排出的工业废渣。随着磷复肥工业的发展，我国每年排放大量的磷石膏磷石膏的堆存使得土地占用，环境污染。利用磷石膏为原料生产石膏粉及石膏制品、硫酸和水泥，可化害为利，变废为宝。但由于磷矿石中含有放射性元素．导致磷石膏及以磷石膏为原料生产的建材产品中也含有放射性物质，如果放射性物质含量超标，将对用户造成严重的不良后果。因此，在利用磷石膏时对放射性现象应引起高度重视，避免放射性污染对人类造成危害。本文对建筑材料的放射性对人体的危害及国家针对此现象制定的现行标准给与如下论述。
单晶硅片制作工艺流程
单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? 3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? 4、扩散制结：
?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? 5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。 目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? 6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN 作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? 7、丝网印刷上下电极： ?电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电
一种磷吸杂工艺剖析
说明书 一种硅片的磷吸杂工艺 技术领域 本发明属于光伏技术领域，特别是涉及太阳能电池制造中的一种硅片的磷吸杂工艺。 背景技术 随着工业化的发展，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业不仅争相投入巨资，扩大生产，还纷纷建立自己的研发机构，研究和开发新的电池项目，提高产品的质量和转化效率。然而硅片作为基体材料制作太阳能电池单晶硅存在微缺陷和金属杂质，这些杂质和缺陷在硅禁带中引入多重深能级，成为少数载流子的复合中心，严重影响了太阳电池的光电转换效率。 在单晶硅中，由于杂质与杂质，杂质与缺陷之间的相互作用，重金属杂质或微观缺陷在一定的温度下会发生迁移和再凝聚现象，利用这种现象，在硅片的背面引入机械损伤、缺陷或沉淀某一种薄膜，也可在体内引入缺陷，使重金属杂质从器件的工作区域富集到这些特殊的区域，即称为杂质的吸除，前者称为外吸杂，后者为内吸杂。吸杂技术是减少硅片的加工和器件工艺过程的污染，改善器件的性能的一种非常有效的方法。利用杂质向具有晶格的不完整性的区域聚集的特性引入缺陷形成杂质富集区域，然后将这一层杂质富集的损伤区域去掉，就可打到去除硅片中部分杂质的目的，减少硅片中少数载流子复合中心，提高电池的短路电流，从而提高太阳电池光电转换效率。发明内容 本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种有效减小重掺杂“死层”，提高电池短波响应，改进电池的Isc和Voc的硅片的磷吸杂工艺。本发明的目的通过以下的技术方案实现：所述磷吸杂工艺包括如下步骤：（1）预沉积：将制备好绒面的硅片放入扩散炉里进行扩散，该工序共分六步，每步的时间、温度及各种气体的通入量详细如下： （a）、第一步扩散：扩散时间为300~400s，炉口温度为870~880℃，炉中温度为820~830℃，炉尾温度为820~830℃，氮气的通入量为22000~23000
磷石膏的处理与处置与资源化利用
主要介绍磷石膏制硫酸联产水泥 摘要：磷石膏是我国危险废物之一，而在近年来，磷石膏的产量是愈来愈多，但是当下磷石膏的产量是供过于求，其处理处置也是一个非常困难的问题，所以就现在来看，不仅要对磷石膏进行处理处置，更要考虑其资源化利用，变废为宝，以支持我国可持续发展的道路。本文主要介绍我国磷石膏的处理处置及其资源化利用。 关键词：磷石膏处理处置资源化利用 Abstract: phosphorus gypsum is one of hazardous wastes in China, and in recent years, phosphorus gypsum production is more and more, but when the phosphorus gypsum is the output of pile up in excess of requirement, its processing also is a difficult problem, so for now, not only for the phosphogypsum disposal, but also for resource utilization, turning waste into treasure, is China's development road of sustainable development is one of the key. This article mainly introduces our country phosphogypsum disposal and resource utilization of. Key words: phosphogypsum disposal resource utilization 概述：磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙(CaSO4?2H2O)，此外还含有多种其他杂质。磷石膏是一种危险废物，但是随着工业的发展，磷酸的需求量逐年增加，因此产生的磷石膏也相应增加，磷石膏的积存就愈来愈多，所以增大磷石膏的处理处置以及资源化利用是迫在眉睫的。 1 磷石膏的基本性质及危害 磷石膏是在硫酸分解磷矿石过程中产生的固体废渣，通常以二水石(CaSO ·2H O)或半水石膏(CaSO3·1／2H O)形态存在，其成分是硫酸钙，此外还含有多种
预处理工艺影响磷石膏水泥砂浆性能研究
预处理工艺影响磷石膏水泥砂浆性能研究 发表时间：2019-09-03T09:09:46.947Z 来源：《建筑模拟》2019年第30期作者：杨瑞宗 [导读] 磷石膏的预处理工艺包括酸浸法、中合法和水洗法，不同处理工艺都会对磷石膏的性能造成影响，尤其是流动性、凝结时间和抗压强度。 杨瑞宗 哈密天山水泥有限责任公司新疆哈密 839000 摘要：磷石膏的预处理工艺包括酸浸法、中合法和水洗法，不同处理工艺都会对磷石膏的性能造成影响，尤其是流动性、凝结时间和抗压强度。不同预处理工艺能够将石膏中杂质去除，然而由于预处理生成物与去除量之间存在差异性，因此导致砂浆性能差异性比较大。此次研究主要是探讨分析预处理工艺影响磷石膏水泥砂浆性能，希望能够对相关人员起到参考性价值。 关键词：预处理工艺；磷石膏；水泥砂浆；性能 在磷化工生产期间，会产生磷石膏等副产品，其成分包括二水硫酸钙，并且包含磷酸和五氧化二磷等杂质，有效处理磷石膏能够解决环境污染和资源浪费情况。磷石膏水泥砂浆是按照标准比例，将砂石、水泥和粉煤灰混合制作的建筑材料。磷石膏中所含有的氟化物和磷酸会影响砂浆性能，包括拌和耗水量以及强度等。为了使磷石膏的杂质含量减少，加强砂浆性能，此次研究拟采用酸浸法、中合法和水洗法等处理工艺，且比较分析不同处理工艺对砂浆性能的影响。 1 试验分析 1.1材料 磷石膏，密度2.18g/cm3，成分如下：三氧化硫为39.35w/%；氧化钙为33.56w/%；二氧化硅为3.17w/%；五氧化二磷为0.78w/%；三氧化二铝为0.86/%；氧化镁为0.45w/%；氧化钾为0.15w/%；三氧化二铁为0.13w/%。集料为河砂，水泥为硅酸盐水泥，聚羧酸减水剂，1级粉煤灰。 1.2预处理 在对磷石膏进行预处理时，必须注重磷石膏再利用率，以此降低杂质对性能的影响。磷石膏杂质为可溶氟、有机物和难溶性磷。其中，可溶性氟和可溶性磷对磷石膏性能影响比较大。使用标准筛（74μm）将磷石膏进行筛分处理。 水洗法处理工艺：将磷石膏置于水中进行冲洗，通过检测石膏pH值，判断净化效果。水洗法能够将石膏中有机物、可溶性氟化与可溶性磷等杂质去除。然而此种处理工艺需水量比较大，还需要对水洗废水进行处理，以免造成二次污染。水洗工艺的温度设置在39摄氏度，按照1：3比例将磷石膏与水进行混合水洗，搅拌时间控制为10min，将预处理的石膏置于烘箱（60℃）内烘干。 中和法处理工艺：此种处理方法是将磷石膏划分为不同试验组，按照不同质量加入生石灰，与水混合均匀，陈化1d后检测pH值，之后将沉积石膏干燥备用。 酸浸法处理工艺：将磷石膏划分为不同试验组，按照不同质量加入柠檬酸水溶液，搅拌后放置于机械振动筛上进行处理，过滤后用水洗法进行二次处理，将预处理的石膏置于烘箱（40℃）内烘干。 1.3制作试件 按照砂浆标准配比，通过水泥搅拌机进行水泥砂浆配置，将不同预处理后的磷石膏、水泥和粉煤灰加入搅拌机中，制作砂浆试块。砂浆液中粉煤灰、水泥和磷石膏的比例控制在0.33：0.10：0.33，水胶比为0.53，按照混合材料三倍量投放河砂。 2 结果 2.1预处理工艺影响水泥砂浆强度的分析 采用不同预处理工艺处理后，将磷石膏制作为长方体试件（160×40×40）mm，通过万能试验机对试件的抗压强度进行测试，按照不同龄期对抗压强度进行测试，选取测试平均值作为最终结果。如图1所示： 图1 抗压强度测试结果 从图1能够看出，在对磷石膏进行预处理之后，均提升了砂浆的抗压强度，且砂浆养护时间与抗压强度之间呈现正相关关系。磷石膏经过水洗法处理后，与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。中和法处理工艺会掺加生石灰，会影响抗压强度。在此次研究中，加入2.4%质量分数生石灰后，磷石膏的抗压强度最高，与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。在加入4%质量分数柠檬酸水溶液后，明显提升了磷石膏杂质去除率，且与未处理磷石膏相比，抗压强度明显提升。 水洗法处理工艺中，可有效溶解氟离子和可溶性物质，在水泥砂浆制备过程中，预处理工艺能够消除杂质的影响作用，确保结晶体均匀生长，以此加强抗压强度。中和法处理工艺中，添加氧化钙，会将残留酸进行中和处理，对pH值进行调节。此外，氧化钙还能够与难溶性杂质生成惰性物质，提升无害性。在酸浸法处理工艺中，柠檬酸能够与磷杂质、可溶性氟生成可溶性物质，与磷石膏中的氟化钙、氟铁
定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述
定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述 摘要：阐述了介绍了定向凝固应用于硅材料的理论基础，论述了近年来定向凝固制备技术在杂质提纯和晶体生长的研究进展，提出了定向凝固制备铸造多晶硅研究现状和存在的问题。展望今后的发展前景，认为新型的定向凝固技术制备出的硅锭在杂质含量、晶体结构方面均优于传统凝固技术，应积极改善定向凝固技术，以制备高品质的太阳能硅材料。 关键词定向凝固；铸造多晶硅；杂质和缺陷；转化效率 晶体硅太阳能电池包括单晶电池和多晶电池2种，多晶电池的市场份额占到一半以上，商业化的多晶电池效率可以达到14%左右[1]。实验条件下，多晶电池的最高转化效率达到20.30左右，多晶电池的效率虽然略低于单晶电池1%～2%，但多晶电池制造成本低、环境污染小，仍有很高的性价比和市场[2]。近年来，由于技术改良、电池效率提高及生产成本下降等有利因素，因而大大促进了多晶电池应用技术的发展，也使业内专家学者给予了多晶电池制备技术更多研究和关注[3]。影响多晶电池转换效率主要有2个方面：一是多晶硅铸锭的纯度，即使材料中含有少量的杂质，对电池的光电性能就有很大的影响[4]；二是尽量减少材料中各种缺陷，多晶硅铸锭中的晶界、位错与杂质聚集成载流子复合中心，大大的降低了多晶电池效率。由以上表述可知，要提高多晶电池的效率，必须围绕提高材料纯度和降低材料缺陷的技术进行研究，而定向凝固技术正是制备硅晶体材料的典型应用。定向凝固技术开始只用于传统的高温合金研制，经过几十年的发展，它已经是一种成熟的材料制备技术[5]。定向凝固技术在多晶硅铸造主要是控制晶体生长和杂质提纯2方面的应用。定向凝固技术可以很好地控制组织的晶面取向，消除横向晶界，获得大晶粒或单晶组织，提高材料的力学性能[6]。同时，定向凝固可生成按照一定晶面取向、排列整齐的晶体结构,由于分凝系数的不同，杂质凝聚于晶界和铸锭上方，对材料起到提纯作用。 1. 基本原理 多晶硅铸锭实际上就是由定向排列的柱状晶体组合形成，形成的理论基础就
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺 单晶硅原子以三维空间模式周期形成的长程有序的晶体。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。 加工工艺： 加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长（１）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的Ｎ或Ｐ型而定。杂质种类有硼，磷，锑，砷。 （２）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（１４２０℃）以上，将多晶硅原料熔化。 （３）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（４－６ｍｍ）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。 （４）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。 （５）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负２ｍｍ之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。 （６）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。 单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片 加工流程： 单晶生长—→切断—→外径滚磨—→平边或Ｖ型槽处理—→切片 倒角—→研磨腐蚀—→抛光—→清洗—→包装
单晶多晶硅片生产工艺流程详解
在【技术应用】单晶、多晶硅片生产工艺流程详解（上）中，笔者介绍了单晶和多晶硅片工艺流程的前半部分，概述了一些工艺流程和概念，以及术语的相关知识。而本文则是从切片工艺开始了解，到磨片和吸杂，看硅片如何蜕变。 切片 切片综述 当单晶硅棒送至硅片生产区域时，晶棒已经过了头尾切除、滚磨、参考面磨制的过程，直接粘上碳板，再与切块粘接就能进行切片加工了。 为了能切割下单个的硅片，晶棒必须以某种方式进行切割。切片过程有一些要求：能按晶体的一特定的方向进行切割；切割面尽可能平整；引入硅片的损伤尽可能的少；材料的损失尽量少。 碳板 当硅片从晶棒上切割下来时，需要有某样东西能防止硅片松散地掉落下来。有代表性的是用碳板与晶棒通过环氧粘合在一起从而使硅片从晶棒上切割下来后，仍粘在碳板上。 碳板不是粘接板的唯一选择，任何种类的粘接板和环氧结合剂都必须有以下几个特性：能支持硅片，防止其在切片过程中掉落并能容易地从粘板和环氧上剥离；还能保护硅片不受污染。其它粘板材料还有陶瓷和环氧。 石墨 是一种用来支撑硅片的坚硬材料，它被做成与晶棒粘接部位一致的形状。大多数情况下，碳板应严格地沿着晶棒的参考面粘接，这样碳板就能加工成矩形长条。当然，碳板也可以和晶棒的其它部位粘接，但同样应与该部位形状一致。碳板的形状很重要，因为它要求能在碳板和晶棒间使用尽可能少的环氧和尽量短的距离。这个距离要求尽量短，因为环氧是一种相当软的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。当刀片从硬的材料切到软的材料再到硬的材料，可能会引起硅片碎裂。 这里有一些选择环氧类型参考：强度、移动性和污染程度。粘接碳板与晶棒的环氧应有足够强的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成，因此，它必须能很容易地从硅片上移走，只有最小量的污染。 刀片 当从晶棒上切割下硅片时，期望切面平整、损伤小、沿特定方向切割并且损失的材料尽量小。有一个速度快、安全可靠、经济的切割方法是很值得的。 在半导体企业，两种通常被应用的方法是环型切割和线切割。环型切割通常是指内圆切割，是将晶棒切割为硅片的最广泛采用的方法。
硅片生产流程
硅片生产流程 小组成员：吴国栋徐浩王汉杰王超 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 硅片加工过程步骤 1. 切片 2. 激光标识 3. 倒角 4. 磨片 5. 腐蚀 6. 背损伤 7. 边缘镜面抛光 8. 预热清洗 9. 抵抗稳定——退火 10. 背封 11. 粘片 12. 抛光 13. 检查前清洗 14. 外观检查 15. 金属清洗
16. 擦片 17. 激光检查 18. 包装/货运 切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。 倒角 当切片完成后，硅片有比较尖利的边缘，就需要进行倒角从而形成子弹式的光滑的边缘。倒角后的硅片边缘有低的中心应力，因而使之更牢固。这个硅片边缘的强化，能使之在以后的硅片加工过程中，降低硅片的碎裂程度。图1.1举例说明了切片、激光标识和倒角的过程。 磨片（Class 500k） 接下来的步骤是为了清除切片过程及激光标识时产生的不同损伤，这是磨片过程中要完成的。在磨片时，硅片被放置在载体上，并围绕放置在一些磨盘上。硅片的两侧都能与磨盘接触，从而使硅片的两侧能同时研磨到。磨盘是铸铁制的，边缘锯齿状。上磨盘上有一系列的洞，可让研磨砂分布在硅片上，并随磨片机运动。磨片可将切片造成的严重损伤清除，只留下一些均衡的浅显的伤痕；磨片的第二个好处是经磨片之后，硅片非常平整，因为磨盘是极其平整的。 磨片过程主要是一个机械过程，磨盘压迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由将氧化铝溶液延缓煅烧后形成的细小颗粒组成的，它能将硅的外层研磨去。被研磨去的外层深度要比切片造成的损伤深度更深。