【導(dǎo)讀】目前，在鑄造多晶硅的生產(chǎn)中，由于在長晶階段硅錠的不同位置溫度不同，即存在溫度梯度，因而會產(chǎn)生熱應(yīng)力。得不到有效地消除，那么在后續(xù)的硅片加工和電池制備過程中會造成硅片的隱裂，嚴(yán)重影響多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)質(zhì)量。易被人察覺的碎裂。硅電池片的質(zhì)量以及壽命有著極其重要的意義。本實驗采用單一變量法對消除多晶硅錠應(yīng)力的方法進(jìn)行了研究。但是在這三種方法中，以增加退火階段的退火時間這一方法效果最為明。通過對多晶硅晶體生長過程中應(yīng)力消除方法的改進(jìn)，每年可為企業(yè)挽回170. 因此，其研究結(jié)果具有一定的實際意義。

　　

【正文】 間 ，又或是 在退火階段適當(dāng)提高退火溫度 ，都可以降低隱裂硅棒所占總數(shù)的比例。但是 在這 三種方法中，以增加退火階段的退火時間這一方法效果最為明顯。 在三種實驗方法中， 在長晶階段減小固液界面的溫度梯度 是為了更好的減少長晶過程中固液界面由于不同部位溫度不同所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，其實驗結(jié)果也說明其方法是有一定效果的 。而適當(dāng)增加退火階段的退火溫度是為了 令退火溫度更接近于硅的熔點（ 1414℃），從而使硅錠中由于溫度梯度而產(chǎn)生的熱應(yīng)力能夠得到更好的釋放，故也有一定的效果。增加退火時間由于是使硅錠的退火過程所持續(xù)的過程相對延長，故更能令硅錠中的熱應(yīng)力得到釋放，且使其釋放的更加完全，而由實驗結(jié)果我們也可看到，這一方法也是三種方法中效果最為明顯的一種。但是由于增加了硅錠退火階段的退火時間后，會相應(yīng)地延長鑄錠周期，對于以生產(chǎn)效率為主的企業(yè)而言，是有絕對的不利影響的，因而這之間就產(chǎn)生了一個矛盾，需要 設(shè)計者綜合各方面因素來進(jìn)行取舍。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 通過以上實驗我們看到了增加鑄錠過程中退火階段的退火溫度可以更好的消除應(yīng)力， 但是 硅錠的退火溫度可以無限制地進(jìn)行提升卻不能起到更好的效果，追究其原因， 一是因為退火溫度再高也不能超過其硅錠的熔點 1414℃。另外，即使在 1414℃以下，也不能隨意在原基礎(chǔ)上另行增加。其原因就是 高溫退火會造成坩堝的固相擴(kuò)散。 如圖 34 所示。 （ a）高溫退火后的硅錠； （ b）正常退火后的硅錠 圖 34 高溫退火前后的硅錠 比較 通過 本實驗 可知 在長晶階段減小固液界面的溫度梯度 ， 在 退火階段增加退火 時間，或是 在退火階段適當(dāng)提高退火溫度 ，都可以更有效地消除硅錠的鑄錠應(yīng)力。以上實驗結(jié)果都是通過控制單一變量進(jìn)行實驗得出的。 之后， 我們又增加了一個實驗，就是將這三個地方的工藝參數(shù)同時進(jìn)行改變，仍舊是用 16 塊硅錠來做這個實驗。其改動方法與以上每一個實驗的改動方法相同。最后，在這批 400 根 的硅棒中，產(chǎn)生隱裂的硅棒僅有 4 根，其比例為 1%，完全達(dá)到了 實驗效果。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 結(jié) 論 在長晶階段減小固液界面的溫度梯度 、 延長 退火 時間 、 適當(dāng)提高退火溫度 可以 減少多晶硅鑄錠的內(nèi)應(yīng)力，使硅棒的隱裂率由原來的 2%下 降到 1%。 其 中以 延長退火時間 最為明顯 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 參考文獻(xiàn) [1] 闕 端 麟 , 陳 修 治 . 硅 材 料 科 學(xué) 與 技 術(shù) . 杭州 : 浙 江 大 學(xué) 出 版社 ,2021:510 [2] 楊德仁 .半導(dǎo)體硅材料 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021:1220 [3] 王莉蓉 ,楊德仁 ,應(yīng)嘯 ,等 .太陽能學(xué)報 ,2021,22(4):512 [4] Narayanan Energy Materials and Solar Cells,2021:7479 [5] Kim J M,Kim Y Ener gy Materials and Solar Cells,2021,11(6):8189 [6] Shirasawa Applied Physics,2021 ,13(2): 1523 [7] Perichauda I,Martinuzzia S,Durand F. Solar Ener gy Materials and Solar Cells,2021,9(5):95101 [8] Goetzberger A,Hebling C,Schock Science and Engineering R,2021,11(4):4050 [9] Ferrazza Energy Materials and Solar Cells,2021 ,12(2): 7277 [10] Koch W,haessler in silicon materials. Deren Yang(ed).北京 :科學(xué)出版社 ,2021:103109 [11] 王季陶 ,劉明登 .半導(dǎo)體材料 .北京 :高等教育出版社 ,1990:8995 [12] 楊德仁 .太陽電池材料 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021:143160 [13] 楊德仁 .半導(dǎo)體硅材料 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021:115120 [14] 俞征峰 ,席珍強(qiáng) ,楊德仁等 .太陽能學(xué)報 ,2021,11(5): 614 [15] Deren Ya ng, Moeller H J. Solar Energy Materials and Solar Cells,2021,12(5):7282 [16] 席珍強(qiáng) ,楊德仁 ,陳君 .材料導(dǎo)報 ,2021,15(2):6772 [17] 佘 思 明 . 半 導(dǎo) 體 硅 材 料 學(xué) . 長沙 : 中 南 工 業(yè) 大 學(xué) 出 版 社 ，1992:101106 [18] Peter Woditscha,Wolfga ng Koch. Solar Energy Materials and Solar Cells,2021,11(5): 7276 [19] 楊德仁 ,樊瑞新 ,姚鴻年 .材料科學(xué)與工程 ,1994,12(4):3945 [20] Endroes A Energy, Materi als and Solar Energy Cells,2021,12(3):7279 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 致 謝 本 論文是在 郭耀昌、 張立峰 工程師和 李謙 老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。本次實驗是在 上海超日 （洛陽） 太陽能 有限公司完成的 。 在做實驗期間，超日的員工給了我很大的幫助。尤其是張立峰 工程師 ，無論是在工作 過程 中還是在實驗過程中都給予了我極大的幫助。 他教會了我很多生產(chǎn)上的知識，并且我在生產(chǎn)上與實驗中遇到的疑難問題，也都給予了詳細(xì)的講解?？梢哉f， 無論是在實驗的進(jìn)行過程還是在論文的撰寫過程中，都傾注了 張 工 與李老師 大量的心血 ， 在此對他們表示深深的感謝！ 同時，張 工和 李 老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)和治學(xué)態(tài)度以及敏銳的思維等都給我留下了深刻的印象， 這將成為我終生的財富。 他們是我學(xué)習(xí)的榜樣。 在論文付梓之際，謹(jǐn)向恩師和 張 工致以崇高的敬意和誠摯的謝意。 在實驗的過程當(dāng)中，很多同學(xué)也都提了許多寶貴的意見，同時也給予了我很大的幫助。如趙永正，朱磊，陳浩，張鵬飛，汪二明等同學(xué)，感謝他們熱情而又無私的幫助。在這里，謹(jǐn)向 所有支持和幫助我的老師，同學(xué)，同事表示深深的謝意 ！ 真心的謝謝你們！ 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 附 錄 鑄錠工藝參數(shù) 序號 模式 步序 時間 【 HH：MM】 參數(shù)調(diào)整 功率設(shè)定 溫度設(shè)定 參數(shù)調(diào)整 壓力設(shè)定Kpa 熱屏位置mm 1 加熱 1 0:00 2 加熱 2 0:10 30 3 加熱 3 0:30 50 4 加熱 4 1:00 70 5 加熱 5 2:00 80 6 加熱 6 3:00 90 7 加熱 7 5:00 結(jié)束 90 8 化料 1 0:00 9 化料 2 0:10 1170 10 化料 3 0:20 1180 20 11 化料 4 0:30 1190 30 12 化料 5 0:40 1200 40 13 化料 6 0:50 1210 55 14 化料 7 3:00 1400 55 15 化料 8 4:30 1500 55 16 化料 9 7:00 1530 55 17 化料 10 9:00 1530 55 18 化料 11 13:00 結(jié)束 1530 55 19 長晶 1 0:00 20 長晶 2 0:40 1530 55 21 長晶 3 1:00 1460 55 22 長晶 4 1:10 1440 55 23 長晶 5 4:30 1438 1438 55 60 24 長晶 6 8:30 1431 調(diào)為 1438 55 100 25 長晶 7 14:30 1423 1438 55 140 26 長晶 8 17:30 1419 55 160 27 長晶 9 20:30 1416 55 160 28 長晶 10 23:00 1413 55 180 29 長晶 11 26:00 1410 55 180 30 長晶 12 32:30 結(jié)束 1400 55 205 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 31 退火 1 0:00 32 退火 2 0:30 1:00 1370 調(diào)為 1390 55 0 33 退火 3 2:30 調(diào) 為3:30 1370 1390 55 0 34 退火 4 3:00 4:00 30 55 0 35 冷卻 1 0:00 36 冷卻 2 3:00 10 60 60 37 冷卻 3 4:00 60 80 38 冷卻 4 5:00 60 100 39 冷卻 5 6:00 60 120 40 冷卻 6 8:00 70 150 41 冷卻 7 10:00 70 180 42 冷卻 8 11:00 80 210 43 冷卻 9 12:00 80 250 標(biāo)有 黑體 的地方即為工藝參數(shù)稍加改進(jìn)的地方。