多晶硅鑄錠原料中重?fù)搅系挠绊?/h1>
2017-11-06 01:59唐中華屠晨坤陳聲斌
河南科技 2017年17期
唐中華 何 鵬 屠晨坤 陳聲斌
多晶硅鑄錠原料中重?fù)搅系挠绊?/p>
唐中華1何 鵬1屠晨坤2陳聲斌1
（1.南京三樂集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；2.南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院，江蘇 連云港 222006）
多晶硅鑄錠中需要用到原生多晶硅、碎片、邊皮等一系列的多種硅料，而這些硅料中如果存在重?fù)搅?，會降低硅錠預(yù)期電阻率，影響硅錠品質(zhì)。如果將重?fù)搅蠙z測出并去除，便能夠?qū)⒍嗑Ч桢V電阻率按生產(chǎn)要求控制在1～3Ω·cm，并使多晶硅錠電阻率符合預(yù)定規(guī)律。
多晶硅鑄錠；重?fù)?；電阻?/p>
在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，多晶硅鑄錠爐是最為重要的設(shè)備之一。多晶硅錠爐將高純度硅融合后調(diào)成太陽能電池的化學(xué)組成成分，并將熔體通過長晶凝固技術(shù)制成高品質(zhì)硅錠，然后將其切片后，供太陽能使用［1］。
電阻率、少子壽命、碳氧含量是多晶硅錠的主要電學(xué)指標(biāo)，其中電阻率就需要結(jié)合各種原料自身的電阻率進(jìn)行計算，而原料中極少量的重?fù)搅蠀s能影響整個多晶硅錠的電阻率，本文主要研究多晶硅鑄錠過程中重?fù)搅系挠绊懀?］。
1 原料中重?fù)焦枇蠈Χ嗑Ч桢V電阻率的影響
1.1 原料中重?fù)搅嫌绊懙睦碚摲治?/p>
在多晶硅鑄錠配料過程中，母合金具有很高的硼含量（硼含量越高電阻率越低），其屬于低電阻的重要原料。在配料過程中，對于規(guī)格、電阻率固定的母合金，可以通過改變母合金重量來調(diào)整P型多晶硅錠整體中的硼含量，以此控制P型多晶硅錠整體的電阻率。母合金過量會導(dǎo)致硅錠電阻率偏低，母合金過少也會導(dǎo)致硅錠電阻率偏高。因此，當(dāng)其他原料的電阻值都已明了的情況下，母合金的重量對于多晶硅整體的電阻率起到舉足輕重的作用，母合金用量要嚴(yán)格把控。一般情況下，電阻率ρ小于0.5Ω·cm的為重參料，由于原料中重參料的重量很難掌握且電阻率范圍不固定，重參料的存在嚴(yán)重影響對多晶硅鑄錠配料中母合金重量把控，甚至最終影響硅錠整體的電阻率。
在計算母合金用量時，要詳細(xì)了解各個原料的電阻率、配料中各個原料的重量，根據(jù)各個原料的不同參數(shù)進(jìn)行計算、核對，再決定母合金用料多少。
母合金使用重量的詳細(xì)計算如公式（1）-（7）：
式中：N為硼含量，ρ為電阻率。
則原料中的硼含量的總和為：
其中M為x硅料的重量（x可以是原生料、邊皮、碎片等原料），NPx為P型x硅料的硼含量。
假設(shè)計劃生產(chǎn)的P型多晶硅錠質(zhì)量為m錠，硅錠的目標(biāo)電阻率為ρ錠，則P型多晶硅錠中所需的硼濃度為：
多晶硅錠中需要的硼含量為：
則通過母合金給硅錠補充的硼含量為：
而母合金的中硼濃度為：
則鑄錠中投入的母合金重量為：
根據(jù)以上公式進(jìn)行計算，正常料的電阻為1～3Ω·cm，由于硼在硅中的分凝系數(shù)大約為0.8，成型的多晶硅錠底部電阻要求小于3Ω·cm，底部電阻率大于1Ω·cm。以其多晶硅錠的中間電阻2Ω·cm為例，其硼含量約6.38×1014個/cm3；而以重?fù)搅仙舷揠娮杪?.5Ω·cm為例，其硼含量約2.55×1015個/cm3，是正常料硼含量的20倍，如果重?fù)搅系碾娮韪?，其硼含量是正常料硼含量的?shù)十倍、數(shù)百倍，甚至更高，如果對重參料的電阻率和重量不知情的情況下，鑄錠使用的母合金重量m母合金會比需要值偏大。因此，如果有重?fù)搅洗嬖?，即使其比例極小，但如將其忽視，會使硅料中硼含量嚴(yán)重超過計算值，使鑄錠所得的硅錠電阻率降低，嚴(yán)重影響多晶硅錠整體的電阻率。
針對原料中重?fù)搅洗嬖诘默F(xiàn)象，需要原料分別測試、分辨，檢驗出重?fù)搅喜⒅負(fù)搅咸蕹鲈?，使所用原料電阻值都在正常值范圍?nèi)（正常值1～3Ω·cm）。
1.2 重?fù)搅显谏a(chǎn)中的影響
隨機抽取一次投爐的硅料進(jìn)行檢測，使用硅料電阻測試儀對硅料逐一進(jìn)行鑒別和測試，最終發(fā)現(xiàn)一次性投爐的500kg硅料中含有少量的重?fù)搅稀?/p>
由于原料中有重?fù)降拇嬖?，硅料中硼的含量超過計算值，鑄錠所得的硅錠電阻率降低，影響了硅錠的質(zhì)量。對一次所用料進(jìn)行檢測后，將檢測出的重?fù)搅戏Q重結(jié)果有38.2g，去掉紙張重量0.2g，重?fù)搅瞎灿?8g，約占整個投爐硅料重量的0.007 6%。
對檢測出來的重?fù)搅鲜褂盟奶结橂娮杪蕼y試儀進(jìn)行檢測，大多數(shù)的重?fù)焦枇系碾娮杪始s為0.003～0006Ω·cm。
重?fù)搅系呐鸷恳日Ａ系呐鸷扛叩枚?，正常料的電阻?～3Ω·cm，以中心電阻率數(shù)值2Ω·cm為例，則正常料的硼含量 N正常值=6.38×1014個/cm3；以電阻率0.005Ω·cm的重?fù)搅蠟槔?，其硼含量N重?fù)街?2.55×1017個/cm3，其硼含量大約為正常料硼含量的3 000倍。這就使硅料的中硼含量遠(yuǎn)超預(yù)期計算值。
實際生產(chǎn)中，由于檢測設(shè)備未能及時購買使用，幾次鑄錠中將未經(jīng)過重?fù)綑z測的原料進(jìn)行鑄錠，硅錠開方檢測后的結(jié)果如表1所示。
表1 含有重?fù)搅系墓枇翔T錠后的參數(shù)
從表1可以看出，含重?fù)搅翔T錠后電阻率嚴(yán)重低于正常值（正常值為1～3Ω·cm），比正常值低0.4～0.6Ω·cm，甚至有的整塊硅錠電阻率都小于1Ω·cm，只有0.7～0.9Ω·cm，最終導(dǎo)致硅錠的收益率為0（收益率=合格硅塊的重量/整錠重量）。雖然鑄錠中摻入0.003～0.006Ω·cm重?fù)搅系闹亓恐徽荚峡傊氐?.0076%，但其依舊能降低硅錠電阻率。
如表2所示，對去除重?fù)降脑线M(jìn)行鑄錠，硅錠開方檢測后，硅錠的電阻率都處于正常值范圍（正常值為1～3Ω·cm），多晶硅錠的收益率都在62%以上（收益率=合格硅塊的重量/整錠重量），符合客戶和市場的質(zhì)量要求。
表2 去除重?fù)降墓枇翔T錠后的參數(shù)
經(jīng)過實踐生產(chǎn)經(jīng)驗，含有重?fù)搅系脑显阼T錠中會使多晶硅錠的整體電阻率降低，在硅料使用之前必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選，去除其中的重?fù)搅稀?/p>
2 結(jié)論
本文通過實踐生產(chǎn)得出：硅料中的重?fù)搅蠒档丸T錠的電阻率，電阻率0.003～0.006Ω·cm的重?fù)搅霞词怪徽艰T錠原料重量的0.007 6%，但其依舊能使整個多晶硅錠電阻率降低0.4～0.6Ω·cm，如果將重?fù)搅蠙z測出并去除，便能夠?qū)⒍嗑Ч桢V電阻率按生產(chǎn)要求控制在1～3Ω·cm。
［1］劉超，黃杰.對多品硅鑄錠爐生產(chǎn)工藝控制技術(shù)的研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（26）：137.
［2］唐中華.多晶硅半熔鑄錠工藝研究［J］.科研，2016（1）：198-199.
Effect of Heavy Dosing in Polycrystalline Silicon Ingot
Tang Zhonghua1He Peng1Tu Chenkun2Chen Shengbin1
（Nanjing Sanle Group Co.,Ltd.，Nanjing Jiangsu 210000；Kangda College of Nanjing Medical University，Lianyungang Jiangsu 222006）
Polysilicon ingots need to use the original polysilicon,debris,edge skin and a series of a variety of silicon material,and these silicon material if there is heavy material,will reduce the expected resistance of silicon ingot,affecting the quality of ingot.If the heavy admixture is detected and removed,the resistivity of the polycrystalline silicon ingot can be controlled at 1～3Ω·cm according to the production requirement and the resistivity of the polycrystalline silicon ingot conforms to the predetermined law.
polycrystalline silicon ingot；heavy doping；resistivity
TM914.4
A
103-5168（2017）09-0143-02
2017-08-03
唐中華（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：多晶硅鑄錠技術(shù)的開發(fā)與研究。
陳聲斌（1963-），男，中專，中級工程師，研究方向：多晶硅鑄錠技術(shù)的開發(fā)與研究。
猜你喜歡
大規(guī)格純鈦鑄錠脫氧現(xiàn)象及對策湖南有色金屬(2021年2期)2021-04-25 淺析鋯合金β淬火組織差異有色金屬加工(2021年1期)2021-02-23 Sc對7028鋁合金鑄態(tài)組織和性能影響研究熱處理技術(shù)與裝備(2020年2期)2020-06-29 斷層超聲聯(lián)合盆底肌力評估界定產(chǎn)后婦女肛提肌尿道間隙正常值的探討中國醫(yī)藥導(dǎo)報(2019年5期)2019-04-28 爭議多晶硅擴產(chǎn)能源(2018年4期)2018-05-19 前、后張力差對鉭箔材軋制過程穩(wěn)定性的影響裝備制造技術(shù)(2017年10期)2017-12-28 不同月齡嬰兒ABR正常值分析聽力學(xué)及言語疾病雜志(2015年5期)2015-12-24 LOMA立式全連續(xù)鑄造機夾持系統(tǒng)和飛鋸夾緊裝置的改造有色金屬加工(2015年3期)2015-06-28 多晶硅進(jìn)口量價雙重壓制 國內(nèi)企業(yè)再陷生存困境——2015年3～4月國內(nèi)多晶硅市場評述及后市展望太陽能(2015年6期)2015-02-28 多晶硅行業(yè)再陷生存困境?太陽能(2015年5期)2015-02-10
唐中華 何 鵬 屠晨坤 陳聲斌
多晶硅鑄錠原料中重?fù)搅系挠绊?/p>
唐中華1何 鵬1屠晨坤2陳聲斌1
（1.南京三樂集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；2.南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院，江蘇 連云港 222006）
多晶硅鑄錠中需要用到原生多晶硅、碎片、邊皮等一系列的多種硅料，而這些硅料中如果存在重?fù)搅?，會降低硅錠預(yù)期電阻率，影響硅錠品質(zhì)。如果將重?fù)搅蠙z測出并去除，便能夠?qū)⒍嗑Ч桢V電阻率按生產(chǎn)要求控制在1～3Ω·cm，并使多晶硅錠電阻率符合預(yù)定規(guī)律。
多晶硅鑄錠；重?fù)?；電阻?/p>
在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，多晶硅鑄錠爐是最為重要的設(shè)備之一。多晶硅錠爐將高純度硅融合后調(diào)成太陽能電池的化學(xué)組成成分，并將熔體通過長晶凝固技術(shù)制成高品質(zhì)硅錠，然后將其切片后，供太陽能使用［1］。
電阻率、少子壽命、碳氧含量是多晶硅錠的主要電學(xué)指標(biāo)，其中電阻率就需要結(jié)合各種原料自身的電阻率進(jìn)行計算，而原料中極少量的重?fù)搅蠀s能影響整個多晶硅錠的電阻率，本文主要研究多晶硅鑄錠過程中重?fù)搅系挠绊懀?］。
1 原料中重?fù)焦枇蠈Χ嗑Ч桢V電阻率的影響
1.1 原料中重?fù)搅嫌绊懙睦碚摲治?/p>
在多晶硅鑄錠配料過程中，母合金具有很高的硼含量（硼含量越高電阻率越低），其屬于低電阻的重要原料。在配料過程中，對于規(guī)格、電阻率固定的母合金，可以通過改變母合金重量來調(diào)整P型多晶硅錠整體中的硼含量，以此控制P型多晶硅錠整體的電阻率。母合金過量會導(dǎo)致硅錠電阻率偏低，母合金過少也會導(dǎo)致硅錠電阻率偏高。因此，當(dāng)其他原料的電阻值都已明了的情況下，母合金的重量對于多晶硅整體的電阻率起到舉足輕重的作用，母合金用量要嚴(yán)格把控。一般情況下，電阻率ρ小于0.5Ω·cm的為重參料，由于原料中重參料的重量很難掌握且電阻率范圍不固定，重參料的存在嚴(yán)重影響對多晶硅鑄錠配料中母合金重量把控，甚至最終影響硅錠整體的電阻率。
在計算母合金用量時，要詳細(xì)了解各個原料的電阻率、配料中各個原料的重量，根據(jù)各個原料的不同參數(shù)進(jìn)行計算、核對，再決定母合金用料多少。
母合金使用重量的詳細(xì)計算如公式（1）-（7）：
式中：N為硼含量，ρ為電阻率。
則原料中的硼含量的總和為：
其中M為x硅料的重量（x可以是原生料、邊皮、碎片等原料），NPx為P型x硅料的硼含量。
假設(shè)計劃生產(chǎn)的P型多晶硅錠質(zhì)量為m錠，硅錠的目標(biāo)電阻率為ρ錠，則P型多晶硅錠中所需的硼濃度為：
多晶硅錠中需要的硼含量為：
則通過母合金給硅錠補充的硼含量為：
而母合金的中硼濃度為：
則鑄錠中投入的母合金重量為：
根據(jù)以上公式進(jìn)行計算，正常料的電阻為1～3Ω·cm，由于硼在硅中的分凝系數(shù)大約為0.8，成型的多晶硅錠底部電阻要求小于3Ω·cm，底部電阻率大于1Ω·cm。以其多晶硅錠的中間電阻2Ω·cm為例，其硼含量約6.38×1014個/cm3；而以重?fù)搅仙舷揠娮杪?.5Ω·cm為例，其硼含量約2.55×1015個/cm3，是正常料硼含量的20倍，如果重?fù)搅系碾娮韪?，其硼含量是正常料硼含量的?shù)十倍、數(shù)百倍，甚至更高，如果對重參料的電阻率和重量不知情的情況下，鑄錠使用的母合金重量m母合金會比需要值偏大。因此，如果有重?fù)搅洗嬖?，即使其比例極小，但如將其忽視，會使硅料中硼含量嚴(yán)重超過計算值，使鑄錠所得的硅錠電阻率降低，嚴(yán)重影響多晶硅錠整體的電阻率。
針對原料中重?fù)搅洗嬖诘默F(xiàn)象，需要原料分別測試、分辨，檢驗出重?fù)搅喜⒅負(fù)搅咸蕹鲈?，使所用原料電阻值都在正常值范圍?nèi)（正常值1～3Ω·cm）。
1.2 重?fù)搅显谏a(chǎn)中的影響
隨機抽取一次投爐的硅料進(jìn)行檢測，使用硅料電阻測試儀對硅料逐一進(jìn)行鑒別和測試，最終發(fā)現(xiàn)一次性投爐的500kg硅料中含有少量的重?fù)搅稀?/p>
由于原料中有重?fù)降拇嬖?，硅料中硼的含量超過計算值，鑄錠所得的硅錠電阻率降低，影響了硅錠的質(zhì)量。對一次所用料進(jìn)行檢測后，將檢測出的重?fù)搅戏Q重結(jié)果有38.2g，去掉紙張重量0.2g，重?fù)搅瞎灿?8g，約占整個投爐硅料重量的0.007 6%。
對檢測出來的重?fù)搅鲜褂盟奶结橂娮杪蕼y試儀進(jìn)行檢測，大多數(shù)的重?fù)焦枇系碾娮杪始s為0.003～0006Ω·cm。
重?fù)搅系呐鸷恳日Ａ系呐鸷扛叩枚?，正常料的電阻?～3Ω·cm，以中心電阻率數(shù)值2Ω·cm為例，則正常料的硼含量 N正常值=6.38×1014個/cm3；以電阻率0.005Ω·cm的重?fù)搅蠟槔?，其硼含量N重?fù)街?2.55×1017個/cm3，其硼含量大約為正常料硼含量的3 000倍。這就使硅料的中硼含量遠(yuǎn)超預(yù)期計算值。
實際生產(chǎn)中，由于檢測設(shè)備未能及時購買使用，幾次鑄錠中將未經(jīng)過重?fù)綑z測的原料進(jìn)行鑄錠，硅錠開方檢測后的結(jié)果如表1所示。
表1 含有重?fù)搅系墓枇翔T錠后的參數(shù)
從表1可以看出，含重?fù)搅翔T錠后電阻率嚴(yán)重低于正常值（正常值為1～3Ω·cm），比正常值低0.4～0.6Ω·cm，甚至有的整塊硅錠電阻率都小于1Ω·cm，只有0.7～0.9Ω·cm，最終導(dǎo)致硅錠的收益率為0（收益率=合格硅塊的重量/整錠重量）。雖然鑄錠中摻入0.003～0.006Ω·cm重?fù)搅系闹亓恐徽荚峡傊氐?.0076%，但其依舊能降低硅錠電阻率。
如表2所示，對去除重?fù)降脑线M(jìn)行鑄錠，硅錠開方檢測后，硅錠的電阻率都處于正常值范圍（正常值為1～3Ω·cm），多晶硅錠的收益率都在62%以上（收益率=合格硅塊的重量/整錠重量），符合客戶和市場的質(zhì)量要求。
表2 去除重?fù)降墓枇翔T錠后的參數(shù)
經(jīng)過實踐生產(chǎn)經(jīng)驗，含有重?fù)搅系脑显阼T錠中會使多晶硅錠的整體電阻率降低，在硅料使用之前必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選，去除其中的重?fù)搅稀?/p>
2 結(jié)論
本文通過實踐生產(chǎn)得出：硅料中的重?fù)搅蠒档丸T錠的電阻率，電阻率0.003～0.006Ω·cm的重?fù)搅霞词怪徽艰T錠原料重量的0.007 6%，但其依舊能使整個多晶硅錠電阻率降低0.4～0.6Ω·cm，如果將重?fù)搅蠙z測出并去除，便能夠?qū)⒍嗑Ч桢V電阻率按生產(chǎn)要求控制在1～3Ω·cm。
［1］劉超，黃杰.對多品硅鑄錠爐生產(chǎn)工藝控制技術(shù)的研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（26）：137.
［2］唐中華.多晶硅半熔鑄錠工藝研究［J］.科研，2016（1）：198-199.
Effect of Heavy Dosing in Polycrystalline Silicon Ingot
Tang Zhonghua1He Peng1Tu Chenkun2Chen Shengbin1
（Nanjing Sanle Group Co.,Ltd.，Nanjing Jiangsu 210000；Kangda College of Nanjing Medical University，Lianyungang Jiangsu 222006）
Polysilicon ingots need to use the original polysilicon,debris,edge skin and a series of a variety of silicon material,and these silicon material if there is heavy material,will reduce the expected resistance of silicon ingot,affecting the quality of ingot.If the heavy admixture is detected and removed,the resistivity of the polycrystalline silicon ingot can be controlled at 1～3Ω·cm according to the production requirement and the resistivity of the polycrystalline silicon ingot conforms to the predetermined law.
polycrystalline silicon ingot；heavy doping；resistivity
TM914.4
A
103-5168（2017）09-0143-02
2017-08-03
唐中華（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：多晶硅鑄錠技術(shù)的開發(fā)與研究。
陳聲斌（1963-），男，中專，中級工程師，研究方向：多晶硅鑄錠技術(shù)的開發(fā)與研究。
猜你喜歡
湖南有色金屬(2021年2期)2021-04-25
有色金屬加工(2021年1期)2021-02-23
熱處理技術(shù)與裝備(2020年2期)2020-06-29
中國醫(yī)藥導(dǎo)報(2019年5期)2019-04-28
能源(2018年4期)2018-05-19
裝備制造技術(shù)(2017年10期)2017-12-28
聽力學(xué)及言語疾病雜志(2015年5期)2015-12-24
有色金屬加工(2015年3期)2015-06-28
太陽能(2015年6期)2015-02-28
太陽能(2015年5期)2015-02-10
