1.前言

當前高效多晶硅組件是主流的光伏產(chǎn)品。高效多晶硅的制備方法分為有籽晶高效多晶硅技術與無籽晶高效多晶硅技術，即俗稱的半熔高效與全熔高效。

有籽晶高效多晶硅技術(半熔)采用毫米級硅料作為形核中心進行外延生長，鑄造低缺陷高品質(zhì)的多晶硅錠[1-3]。無籽晶高效多晶硅技術(全熔)采用非硅材料在坩堝底部制備表面粗糙的異質(zhì)形核層，通過控制形核層的粗糙度與形核時過冷度來獲得較大形核率，鑄造低缺陷高品質(zhì)多晶硅錠。這一理論來源于經(jīng)典的形核理論[5-6]。有籽晶和無籽晶高效多晶硅技術通過形核層與工藝的優(yōu)化同樣都可以獲得小而均勻的晶粒尺寸。

有籽晶高效多晶硅技術是硅材料的外延生長，而無籽晶高效多晶硅技術是一種異質(zhì)形核。雖然兩者都可以獲得高品質(zhì)的小晶粒高效多晶硅錠，但是由于形核機理不同，兩種技術生長的晶體硅存在一定的差異。本文通過EBSD晶向檢測，PL缺陷檢測等手段對比晶向分布、晶界比例、電池效率等差異，進一步分析兩種技術因形核差異帶來的不同，探尋兩種高效技術進一步優(yōu)化的可能方向。

2.實驗過程簡述

采用同一爐臺，同種熱場。無籽晶高效多晶硅使用非硅材料作為異質(zhì)形核層，有籽晶高效多晶硅底部鋪設碎硅料作為籽晶，采用兩種技術分別各鑄造一個重量相同的多晶硅錠。

選擇兩個硅錠相同位置硅塊作為檢測樣塊，采用μ-PCD (Semilab, model WT2000)測量對比少子壽命差異，采用在線PL(LTS-R2)測量對比硅片的品質(zhì)區(qū)別，采用EBSD測量對比晶向分布與晶界比例之間的差異。

3.實驗結果分析

3.1 形核率對比

Fig.1.Comparisonof crystalnucleation (a) schematic bricks representation of mc-Si silicon ingot;(b) crystalgrains of brick C15 from the silicon-seeded HP mc ingot horizontalcross section15mm from bottom; (c) crystal grains of brick C15 from thesiliconnitride-seeded HP mc ingot horizontal cross section 15mm from bottom.

每個硅錠切割為36塊，命名方式如圖1(a)。從每錠C15塊挑選底部相同高度位置硅片進行形核對比如圖1(b)與1(c)。可以看出兩種技術都可以獲得尺寸小而且均勻的晶粒分布。有籽晶高效多晶硅技術硅錠獲得的小尺寸晶粒來源于底部碎小的硅料外延生長，而無籽晶高效多晶硅技術硅錠小尺寸晶粒來源于底部異質(zhì)形核層，異質(zhì)形核層具有足夠的形核粗糙度[7]，再配合特定的過冷度[9]就可以獲得較高的形核率。兩種技術都可以獲得尺寸較小晶粒，下面將進行更深入的分析對比。

3.2 少子壽命與位錯密度對比

Fig.2.Minority carrierlifetime mapping of (a) mc silicon-seeded ingot (b) silicon nitride-seededingotminority carrier lifetime curve comparison of the two ingots.

圖2所示為兩硅錠半截面少子壽命差異對比，圖中彩色區(qū)域代表由于雜質(zhì)、缺陷等引起的低少子區(qū)域。可以明顯看出有籽晶高效多晶硅錠低少子區(qū)域較少，而且分布均衡。而無籽晶高效多晶硅錠低少子區(qū)域分布較多，但是底部紅區(qū)高度明顯偏低。M.Trempa等通過一種高效阻擋層的實驗[10]解釋了有籽晶高效多晶硅錠底部紅區(qū)較高的原因，他們認為底部紅區(qū)是由于底部坩堝與籽晶雜質(zhì)擴散的共同影響引起的。而無籽晶高效多晶硅技術僅僅只有坩堝雜質(zhì)的擴散，因此底部紅區(qū)的高度相對較低。本文實驗中有籽晶高效多晶硅錠剩余籽晶的高度為10mm左右，而底部紅區(qū)的高度為 55-60 mm之間，然而無籽晶高效多晶硅錠底部紅區(qū)高度僅僅為45mm左右，因此無籽晶高效多晶硅技術硅錠具有一定的良率優(yōu)勢。

Fig.3.(a-c) the wafer PLquality comparison of the C15, C14 and B13 bricks from thetwo ingots.