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(shù)與無籽晶高效多晶硅技術(shù)，即俗稱的半熔高效與全熔高效。

有籽晶高效多晶硅技術(shù)(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(shù)(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(shù)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(shù)是硅材料的外延生長，而無籽晶高效多晶硅技術(shù)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(shù)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(shù)因形核差異帶來的不同，探尋兩種高效技術(shù)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(shè)碎硅料作為籽晶，采用兩種技術(shù)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(jié)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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.