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Corresponding author. Tel./fax: t 886 2 2363 3917. Journal of Crystal Growth ]( ]]]] ) ]]]–]]] 13579 11 Contents lists available at SciVerse ScienceDirect Journal of Crystal Growth 晶体生长杂志 journal homepage: ate/jcrysgro Grain control in directional solidi ? cation of photovoltaic silicon 光伏硅材料定向凝固中的晶粒控制 13 15 17 19 Q1 . Lan a, n, . Lan b, . Lee a, A. Yu b, . Yang b, . Hsu b, B. Hsu b, A. Yang c Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, Taipei 10617, Taiwan, ROC Sino-American Silicon Productions Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC Solartech Energy Inc., Hsin-chu, Taiwan, ROC articleinfo abstract 摘要 21 23 25 27 29 31 Keywords: 关键词 A1. Directional solidi ? cation 定向凝固 A3. Grain Growth 晶粒生长 B2. Semiconducting Materials 半导体材料 B2. Semiconducting silicon 半导体硅 B3. Solar cells 太阳能电池光伏产业中,定向凝固已成为太阳能电池多晶硅生产的主要工艺。晶粒以及晶界的控制对晶体的质量以及太阳能电池的转换效率至关重要。本文,我们将通过从实验室规模到产业规模的不同级别的实验来回顾多晶硅定向凝固的晶粒控制工艺的进展。研究发现,控制生长界面能有效增加晶粒大小,但晶粒也会因生长过程中出现亚晶粒而减小尺寸。通过加强均匀或局部点冷降温来增加过冷度,以此更好地控制形核和晶粒竞争,就能获得有更多?3 或者孪晶界的晶粒。因为晶粒尺寸是随着高度递增的,位错的生长比没有的晶粒生长要慢很多。由晶粒控制工艺制造的硅片所构成的太阳能电池的转换效率也有了很大幅度的改善。此外,本文还讨论了使用籽晶的生长工艺。? 2012 Published by Elsevier . 33 67 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 1. 引言随着全球变暖和矿物能源短缺,光伏产业近年来发展极为迅速绝大多数太阳能电池是由硅材料制成的。尤其,由于硅材料成本低, 生产流通量高,定向凝固的多晶硅因此受到了关注。 2010 年,多晶硅的市场占有率接近 50% ,并且年产出超过 10GW 。硅是太阳能电池的吸收器,硅的质量对于转换效率显得非常关键。但是,在经氮化物喷涂的石英坩埚中采用定向凝固方法生成的多晶硅, 目前存在很多缺陷,比如,晶界无规则、位错、夹杂、杂质。这些缺陷,尤其是位错,通常是光生电子和空穴的复合中心, 它们必然对电池性能有不利影响。因此,多晶硅电池的转换效率, 一般来说会远远低于单晶硅电池的转换效率。[1] 研究发现,晶粒和晶界对硅片质量有深刻影响,同理, 对多晶太阳能电池的转换效率也甚为重要。[2-6] 更有趣的是,晶粒取向、晶界和位错密度是紧密相关的,在硅片的性能方面它们都扮演着非常重要的角色。[4-8] n E-mail address: ******@ (. Lan). 0022-0248/$ - see front matter & 2012 Published by Elsevier . 在不同的方向情况下,晶界会造成不同的机械和电气特性[2-] 。例如, ?3 晶界有较大的切削抗压力,有助于超薄切片[9] 。此外,它拥有电气惰性(即使是被污染的样本) 以至于它无法成为电子和空穴的复合中心[10,11] 。另外, 含有孪晶或者固定晶向的晶粒, 根据腐蚀坑密度( EPD ) 显示出的位错密度也比较低。[8] 现在普遍认为, 对于质地洁净未受污染的硅片,少子寿命和电池转换效率都和位错密度,尤其是位错簇群密切相关。所以,为了得到高质量的多晶硅片、高转换效率的电池,晶粒控制就显得格外重要。在多晶硅 DS 生长技术发展早期,增大晶粒尺寸、减少晶界被认为是提高晶体质量和转换