定向凝固法生长多晶硅中位错密度降低的研究进展

位错可以通过缩短少数载流子寿命而严重限制多晶硅太阳电池的转换效率,随着对高转换效率的追求,研究多晶硅位错的重要性也随之增加.在介绍现有半导体晶体CRSS和HAS位错模型的基础上,归纳了定向凝固法生长多晶硅中应力、晶界、杂质、过冷度对位错形成的影响机制与缺陷腐蚀和原位检测等多种位错表征方法.重点阐述了控制固液界面形貌、籽晶、掺杂、硅锭制备工艺、硅片退火等技术对减少与抑制多晶硅位错的影响.最后,针对位错模型、位错表征以及多晶硅生长过程中位错的抑制和生长后位错密度降低技术进行了展望.     

多晶硅生长过程固液界面、应力、位错及熔体流动的变化规律

定向凝固（DS）法生产的多晶硅锭是光伏产业最基础、最主要的功能性材料之一,但实际生产中多晶硅复杂的工艺仍需进行优化。采用有限体积法对定向凝固法多晶硅生长过程进行瞬态全局模拟,数值模拟过程中将温度场、应力场和流场进行耦合,以研究多晶硅生长过程中固液界面波动率、硅锭内应力、位错密度以及硅熔体流动的变化规律。结果表明,长晶初期固液界面波动率较大,为29.83%,而长晶中期和末期界面波动率仅为6%和3.434%;且熔体流速也对固液界面影响较大,通过降低靠近固液界面处的熔体流动速度有利于形成平坦的固液界面;在生长过程中硅锭中最大位错密度和最大应力值随长晶时间变化趋势大致相同,控制和优化长晶后期的工艺参数可以有效减少多晶硅生长过程中应力值和位错密度,为多晶硅定向凝固过程预测和控制提供一定的理论支持。     

退火过程对硅锭热应力与位错影响的数值分析

利用CGSim软件对定向凝固多晶硅从长晶过程开始到退火过程结束进行瞬态数值模拟,研究不同退火温度和退火时间对多晶硅锭内热应力及位错密度的影响。通过软件中热弹性应力非稳态模型（Haasen-Alexander-Sumino模型）计算出位错和Von-Mises应力。结果表明：随着退火温度的升高和退火时间的增加,热应力及位错增殖速率的逐渐减小,在退火1 h后热应力和位错增殖速率大幅减小,退火3 h后减小效果减弱。高温退火时热应力和位错密度低于低温退火,在1250℃下退火3 h是比较合适的方案。