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硅是太阳电池的主要原料,其杂质的含量和分布直接影响太阳电池的发电效率和使用寿命。研究冶金工艺对高纯硅中杂质分布及电学性能的影响具有重要的意义。 本文以两种不同的冶金工艺对工业硅进行预处理,最后通过真空定向凝固制备多晶硅锭,分析和研究两铸锭的宏观形貌、微观结构特征,探讨两铸锭中主要杂质元素的分布规律,通过计算铸锭不同高度理论值和实测值来分析杂质去除机制,最后结合电学性能测试来讨论杂质和晶体学缺陷对铸锭电阻率、导电类型、少子寿命的影响。主要研究结果如下: 1、采用两种不同工艺(A:真空-造渣-酸洗、B:造渣-酸洗-真空)对工业硅进行预处理。最后结果表明:硼、磷杂质元素在A工艺的精炼下有一定程度的去除,去除率分别为65.9%和78%。B工艺对杂质硼、磷有很好的去除效果,去除率分别为64.8%和93.9%。A工艺去除铁、锰、铜效果比B工艺好,其余元素去除效果均不如B工艺。 2、分凝作用导致杂质富集在80%硅锭高度区域以上,蒸发机制和分凝机制共同决定硅锭中杂质的分布。杂质的分凝系数越小,饱和蒸汽压越大,真空定向凝固对杂质的提纯效果越好;原料中钙的含量越高,真空定向凝固对除磷的效果越好;杂质的含量越少,蒸发机制的效用就越小,实测值更接近于理论值。 3、A、B铸锭晶体生长定向性好,晶体完整。A柱状晶宽度小于B柱状晶。对于杂质含量少的高纯硅,位错和晶界是影响其电学性能的主要因素。A、B两铸锭从底部到顶部均呈P型,A铸锭电阻率最高可达0.29Ω·cm,B铸锭电阻率最高可达0.6Ω·cm。同等定向工艺条件下,原料杂质含量越少,整体电阻率越小。A铸锭局部区域少子寿命为0.27μs,其余区域都超出测量范围。B铸锭中部和底部平均少子寿命分别为4.82μs和4.38μs。