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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）院系：材料科学与工程 2010年 3 月15 日课题名称铸造多晶硅边皮料的杂质分布研究学生姓名张伟娜专业班级非金材062课题类型论文指导教师李飞龙宁向梅职称技术工程师讲师课题来源生产1. 设计（或研究）的依据与意义 自1954年使用的太阳能电池问世以来，硅以其高储量、较为成熟的工艺、洁净无污染、合适的能带结构（较高的转化效率）高的性能稳定性（长寿命）等优势成为太阳能电池研究开发的主体材料，占太阳能电池总产量的90%左右。就其晶体形态而言，主要有单晶硅、多晶硅及非晶硅三大类。单晶硅的电池转化效率高，但拉制工艺相对复杂，且对原料纯度要求很高，最终导致
2、电池成本较高；非晶硅电池成本低，但转化效率也低，且由于非晶硅的S-W效应，致使其性能稳定性较差：与上述两者相比，多晶硅电池转化效率适中，制造成本较低，即性价比较高。近年来，铸造多晶硅以其成本低、低能耗、少污染和高效率等优势，成为主要的光伏材料之一，占市场的50%左右。目前，铸造多晶硅的制造技术主要有：浇注法(Ingot casting)、定向凝固法（DSS)及电磁感应连续铸造法（EMCP)等。 铸造多晶硅中有高密度的缺陷，如晶界、大量的位错等组织缺陷，这些缺陷将影响电池转化效率。而太阳能级多晶硅对纯度的要求很高，一般高于七个九。但铸造多晶硅中还有很多杂质，通常这些杂质原子本身或者通过与结晶学缺
3、陷相互作用，会成为少数载流子的复合中心，大大降低少数载流子寿命，进而影响太阳能电池的转化效率。有研究表明，相比于晶界和位错，氧、铁等主要杂质元素对硅锭中少子寿命的影响更大。所以在生产中，为了保证产品质量，我们的硅锭利用率只有65%-70%，而剩下的30%-35%的料就被切掉。为了降低成本，切掉的这些料有些我们会重新熔化铸锭。在切掉的这些边皮料中，由于直接和坩埚涂层接触，所以杂质含量很高。虽然重新熔化利用能降低成本，但是高浓度的杂质含量会降低产品的质量。为此，我选了本课题，通过研究边皮料杂质分布，发现边皮料的杂质种类、特性以及其分布特征，为边皮料的重新利用提供一些依据。这就是本课题的研究意义所在
4、。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国内外对铸造多晶硅的杂质研究也很多。美国第十七届晶体生长会议上一个学术报告，定向凝固多晶硅中碳的分布研究指出，碳在硅锭中的浓度分布并不均匀，从硅锭底部到顶部逐渐增加。相对于国外而言 ,国内对于太阳能电池用硅材料的研究起步较晚 ,各项技术相对落后。总的来说 ,国内光伏产业技术对于国外的依赖性较大 ,缺乏自主创新 ,产品结构基本落后于国外一代。国内研究主要以浙江大学硅材料国家实验室研究比较多。在杨德仁、邓海等的铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响中，研究发现铸造多晶硅硅锭两端分别存在着一个低寿命区域,并且发现该区域内存在着高浓度的氧、铁等杂质元素。这些杂
5、质原子本身及其形成的复合体或沉淀具有很强的复合能力 ,从而直接导致了硅锭两端低少子寿命区域的形成。铸造多晶硅中 ,氧的分布主要由分凝机制决定 ,由于氧的分凝系数大于1 ,所以氧浓度从硅锭底部至顶部逐渐降低。而铁由于具有较大的固相扩散系数和扩散速度 ,因而坩埚以及氮化硅保护层中所包含的金属杂质则成为硅锭底部处铁的主要来源 ,另一方面铁的分凝系数较小 ,在结晶的过程中 ,铁原子不断地向硅锭顶部聚集 ,从而也导致顶部铁浓度较高 ,因而铁在硅锭中不同位置处的浓度分布主要由冷却后的固相扩散以及铁在熔体中的分凝决定。与氧浓度的分布规律不同 ,铁的分布呈现两端浓度较大 ,中间部分浓度较小且分布均匀的特点。3
6、. 设计（或研究）的内容与方法1.采用定向凝固法生产多晶硅锭。2.采用线切割方法进行剖方取边皮料。3.对制备的边皮料试样进行表面打磨，清洗，观察少子寿命，进行红外探伤，用SIMS检测边皮料杂质浓度分布4. 总结边皮料中杂质分布情况及分析杂质对硅材料的影响，以及边皮料的再利用性。4.主要技术指标（或研究目标）1.调研多晶硅的国内外研究现状与发展前景。2.熟悉多晶硅生产工艺流程。3.了解生产过程中容易引入杂质的步骤以及解决方法。4.掌握少子寿命测试仪，红外探伤仪和SIMS的工作原理及测试方法。5.撰写10000字毕业论文。6.完成12000字符的外文翻译。5. 实施计划1 4周 文献调研、开题报告的撰写、实验方案设计5 6周 进行工艺实验(原料铸锭剖方取边皮料制样观察)7 8周 实验检测9 10周 微观分析11 14周 论文撰写，答辩指导教师意见指导教师签字： 年 月 日研究所（教研室）意见研究所所长（教研室主任）签字： 年 月 日
