铸锭中的杂质缺陷类型对多晶硅片切片损失影响的研究

碳的分凝系数为０ ０７，远小于１”１。因此，在铸锭凝固时，从底部首先凝固的部分开始到上部最后凝固的 部分，碳的含量逐渐增加。因此有报道指出，在高碳的铸锭上部可以发现ＳｉＣ颗粒的存在。
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，但足它们无论足以单个原 子形式，或者以沉淀形式出现，都对太阳电池的效率有重要的影响。由于铸锭中古有晶界、位错荨大量缺陷， 使得金属杂质易于在这些缺陷处形成金属沉淀，在硅片的线锯工艺巾会带来巨大破坏。有研究指出，在铸锭中， 金属沉淀不足南于同溶度随温度的降低而造成，而是由于金属原子易于在晶体缺陷出沉淀。 由于Ｓｉｃ颗粒帝』金属杂质．如Ｆｅ，硬度较高，若较为严重，在线切割过程巾会造成断线，严重影响硅片 的生产。因此在线开方后．需通过妾［外检测仪检测硬点，进行截断处理，以保证硅片的出片率。 而一些轻微的硬点．在红外检测时未能发现，流人线切割工芝中，这样就会造成大量的硬点线痕，此类硅 片只能作为等外品，进行回炉处理。严重的就会造成断线。这样就大大地影响了硅片的合格率，从而降低太阳 电池的生产效率。图２为硬点线痕硅片的照片。，硬点硅棒一旦流人下一步切割【艺中，将会造成大量等外线痕 硅片．降低硅片的一等片率。， Ｍａｃｄｏｎａｌｄ等５１利用中于活化分析技术，研究了符种金属杂质在铸锭中沿晶体牛长方向的分布。金属杂质 ｃｕ、Ｆｅ、ｃｏ的浓度分别在上部和底部约１０％以内的Ｋ域内蛀高，在中部的浓度较低。在铸锭晶体上部，是晶 体最后凝阿的区域。由于硅中台属的分凝系数一般都远小于１．所以，最后凝固的这部分金属杂质浓度较高； 而在铸锭底部，虽然根据分凝，其金属杂质维度应该较低．但是，由于这部分晶体紧靠石英坩埚，石英中的金 属杂质会污染到这部分晶体，所以晶体底部的金属杂质谁度也较高。 由于有金属杂质的存在．导致硅棒金属杂质聚集的地方电阻率偏大，超出了硅片电阻率的合格范围，在制 作电池时，降低电池的转换效率。因此，钱开方工艺后，须用电导率仪测试每根晶棒头部，中部、尾部的电 导率，对于电导率异常的品棒进行报废处理。经过处理后再铸成多晶硅利用。若没有检测出电导牢异常的现象， 在电池车间，会出现方块电阻异常。 在线开方后工艺中．要将晶棒的头尾部截断．与金属杂质的诳度偏高也有密切联系，围金属杂质浓度高， 使得这部分的电导率高于太阳电池晟佳电导率范围值．从而会太大影响电池的转换效率：在硅片，￡产中，避免 将这类电导卓异常的硅片流人电池部门，须将晶棒头尾部进行截断处理。
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第十届中国太阳能光伏会议论文集
２．３铸锭中的晶界和位错
在铸锭的制备过程中，由于有多个形核点，所以凝固后，晶体是由许多晶向不同、尺寸不一的晶粒组成的，
在晶粒的相交处，硅原子有规则、周期性的重复排列被打断，存在着晶界，出现大量的悬挂键，形成界面态。 晶界的电活性与金属污染紧密相关，没有金属缀饰的纯净晶界是不具有电活性的，或者说电活性很弱，不 是载流子的俘获中心，并不影响多晶硅的电学性能，但由于原生铸锭不仅含有晶界，而且含有金属杂质。金属 杂质在硅中心以间隙态、复合体和沉淀形式出现，而晶界对它们都有不同程度的作用。在晶界上，少数载流子
４．致
谢
在做这篇论文的过程中，得到了刘振淮经理、姚振明主管大力支持和热情帮助，在此表示深深的感谢。
感谢陈月琴技术员，金周华技术员等硅片部门同事给予的帮助，在此深表谢意。
参考文献
【Ｉ】陈修治．硅材料科学与技术航州：浙江大学出版社，２００１
【２】杨德仁．太阳电池材料．北京：化学工业出版社，２００７
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第十届中国太阳能光伏会议论文集
铸锭中的杂质缺陷类型对多晶硅片切片损失影 响的研究
张华姚振民刘振淮
（制造部常州天合光能有限公司，江苏省常州市新北区电子产业园天合路。２１３０３１联系电话０５１９．８５１７６１００传真： ０５１９・８５４８６５６０电子信箱：．ｇｕｏｐｅｉ．ｓｕｎ＠ｔｒｉｎａｓｏｌａｒ．ｃｏｍ；２．南京光伏学生研究会，江苏省南京市，２１００９３） 摘 要
酩舯牖聊端蝴，在矽仂雠肝，；『麟僦牲种蝴附，勋觞目敲椭出牌。
论
３．结
充分了解铸锭中存在的一些杂质和缺陷类型以及由它们带来的一些影响因素，在硅片生产中做出相应的措
施来避免如线痕，少子寿命偏低，电阻率异常等等外品出现，从而提高硅片合格率，避免等外品流入电池车间，
造成不必要的人力，物力的浪费，提高生产效率，也就提高了经济效益。
换效翠。
从图１中明显看出，在品锭底部有一部分低少数载流于寿命区域，直接与高氧浓度区域相对府，这说明高 氧医域可能禽有高浓度的原生热施主和原生氧沉淀，从而导致材料的少数载滤子寿命降低；在硅片线开方Ｔ艺 后，利用ＷＴ－２０００检测少子寿命．确定少子寿命偏低的区域，截断工艺中去除硅棒的头尾部，使少子寿命偏
铸锭中存在着氧，氢，金属杂质，位错，晶界等缺陷类型，根据这些杂质缺陷类型，研究它们对切片过程中 产生不良品的影响，在硅片生产中避免它们对切片带来的危害，从而提高多晶硅片的出片率，提高经济效益。
关键词
－・＿－‘・＿＿Ｌ
铸锭；杂质缺陷；不良品
Ｉ用Ｕ
昌
铸造多晶硅的制备工艺相对简单，成本较低，控制杂质和缺陷的能力也较弱：与直拉单晶硅相比，它含有
生成的ＳｉＯ一部分溶解在硅熔体中【见式（２．１）】，结晶后最终进入多晶硅体内；而另一部分ＳｉＯ将从硅
熔体的表面挥发，此时硅熔体表面的蒸汽压气决定性的作用。
２ＳｉＯ＝０２＋２Ｓｉ
（２．２）
铸造多晶中的氧以间隙态存在，呈过饱和状态‘３１。由于铸锭的晶体生长和冷却过程接近５０ｈ，使得晶体生
长完成后，在高温中有较长时间相当于经历了从高温到低温的不同温度的热处理，特别是晶体底部凝固较早的
Ｚｈｅｎ—ｈｕａｉ
ｍａｎｙ ｄｅｆｅｃｔ ｔｙｐｅｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏａｓｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｆｅｃｔ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ
ｄｅｆｅｃｔ，ｍｅｔａｌ
ｄｅｆｅｃｔ，ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｆｅｃｔ ａｎｄ ｇｒａｉｎ．ｂｏｕｎｄａｒｙ ｄｅｆｅｃｔ．Ｔｈｅ
部分，经历的时间更长。因此，如果氧浓度较高，就容易在原生铸锭中产生氧施主和氧沉淀。铸造多晶中的间 隙氧是电中性地，对铸锭材料和器件的性能基本没有影响。但是，如果形成了热施主或氧沉淀，其本身就会成
晶体硅太阳电池Ｈ材料
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为复台中心或引人成为复合中心的二次缺陷，导致硅材料少数载流子寿命降低，直接影响其太阳电池的光电转
２．铸锭中的杂质缺陷与硅片中不良品类型的相关联系
２．１铸锭中的氧 氧是铸锭中的主要杂质之一，它主要来源于两方面：一是来自于原材料，因为铸锭的原料常常是微电子工 业中的头尾料、锅底料等，本身就含有一定量的氧杂质；二是来自于晶体生长过程，熔硅和石英坩埚的作用， 其原理为：
Ｓｉ０２＋Ｓｉ＝２ＳｉＯ
（２．１）
ｅｃｏｎｏｍｉｃ
ｒｅｔｕｒｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏａｓｔｉｎｇ Ｉｎｇｏｔ；Ｉｍｐｕｒｉｔｙ；Ｄｅｆｅｃｔ；Ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ
低的底部去除，以保证硅片的台格率。
围１
目锭÷少数载流于寿命分布图
目２硅片中出Ⅸ的硬点照片
２．２铸锭中的碳和金属杂质
碳是铸锭中一种重要杂质，首先ｍ于铸锭的来源比较复杂，其原材料中的碳含量可能比较高，同时，在晶 体制备过程中．由于石墨加热器的蒸发．又有碳杂质会污染晶体硅，所以，铸锭中的碳含量常常是比较高的。
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｌｉｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｓｓ
ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｌｓｏ ａｖｏｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｃ．Ｓｏ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ｃｒｅａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ
相对较多的杂质和缺陷，对太阳电池的效率有明显的影响。铸锭中，氧和碳是其亨耍内轻元素杂质，特别是碳，
其浓度要高于直拉单晶硅中的碳浓度。同样的，铸锭中的金属杂质也对材料和屯池的性能有很大影响。另外，
铸锭还涉及氮、氢杂质。 除杂质外，与直拉单晶相比，铸锭还具有高密度的晶界、位错以及微缺陷，这些都成为硅材料少数载流子 的复合中心，是多晶硅太阳电池效率降低的重要原因【Ｉ儿’２ｌ。 作为制作太阳电池中的重要环节，硅片生产，铸锭中的杂质和缺陷与其密切相关，可造成硅片中出现少子 寿命偏低，电阻率异常，不良线痕，不良品裂纹，不良品孪晶微晶，不良气孑Ｌ等不良品。
Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏａｓｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｓｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｌｉｃｉｎｇ
Ｚｈａｎｇ Ｈｕａ Ａｂｓｔｒａｃｔ
ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
Ｙａｏ
Ｚｈｅｎ—ｍｉｎｇ ＬｉＵ
寿命大幅度降低。晶界处有明显的吸杂现象【５儿刚。 铸锭在晶体凝固后的冷却过程中，由于从晶锭边缘到晶锭中心，从晶锭底部到晶锭上部，散热的不均匀会
导致晶锭中热应力的产生；热应力的直接后果就是在晶粒中导致产生大量的位错。同样，位错具有高密度的悬
挂键，具有电活性，可以直接作为复合中心，导致少数载流子寿命或扩散长度降低。如果金属杂质和氧、碳等 杂质在位错匕偏居、沉淀，就会造成新的电活性中心，导致电学性能的严重下降，最终影响硅片材料质量的下降。