文章來(lái)源：晶格半導(dǎo)體

原文作者：晶格半導(dǎo)體

本文介紹了N型單晶硅制備過(guò)程中拉晶工藝對(duì)氧含量的影響。

在太陽(yáng)能電池的發(fā)展進(jìn)程中，TOPCon 電池憑借其優(yōu)異的性能脫穎而出，成為行業(yè)焦點(diǎn)。而 N 型硅片作為 TOPCon 電池的關(guān)鍵基底材料，其氧含量對(duì)電池的轉(zhuǎn)換效率有著至關(guān)重要的影響。本文深入研究拉晶工藝參數(shù)對(duì) N 型單晶硅氧含量的作用機(jī)制，為提升單晶硅品質(zhì)、優(yōu)化電池性能提供有力支撐。

TOPCon 電池通過(guò)在 N 型硅片背面構(gòu)建超薄隧穿氧化層和磷摻雜多晶硅薄層，形成高效的鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低金屬接觸復(fù)合電流，提升電池的開(kāi)路電壓和短路電流，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率。然而，隨著 TOPCon 電池 SE 技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)硅片氧含量的要求愈發(fā)嚴(yán)苛。在直拉單晶硅的生產(chǎn)過(guò)程中，氧作為主要雜質(zhì)，以間隙原子形式存在，在后續(xù)的熱處理中，易形成氧施主和氧沉淀，嚴(yán)重影響硅晶體品質(zhì)。特別是在 TOPCon 電池的二次高溫工藝中，過(guò)高的氧含量會(huì)導(dǎo)致氧沉淀環(huán)（同心圓）的出現(xiàn)，降低硅片少子壽命，最終影響電池轉(zhuǎn)換效率。

為深入探究拉晶工藝參數(shù)對(duì) N 型單晶硅氧含量的影響，本文開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)選用陽(yáng)光設(shè)備型單晶硅爐，以 10.5 英寸熱場(chǎng)為例，采用新特電子級(jí)多晶硅料和高純石英坩堝，利用高純氬氣控制爐壓，進(jìn)行 N 型單晶硅棒的拉制。實(shí)驗(yàn)流程涵蓋單晶硅棒拉制、氧含量測(cè)試和同心圓檢測(cè)。氧含量測(cè)試采用傅里葉變換紅外光譜儀，同心圓則通過(guò)硅晶片測(cè)試儀和電致發(fā)光測(cè)試儀進(jìn)行表征。同時(shí)，借助 CGSim 晶體生長(zhǎng)建模軟件，對(duì)拉晶過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析不同工藝參數(shù)下的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及氧含量分布情況。

坩堝轉(zhuǎn)速對(duì) N 型單晶硅氧含量的影響十分顯著。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，隨著坩堝轉(zhuǎn)速增加，熔體流場(chǎng)中出現(xiàn)泰勒 - 普勞德曼漩渦、浮力 - 熱毛細(xì)漩渦和次級(jí)漩渦。其中，浮力 - 熱毛細(xì)漩渦可加速氧的揮發(fā)，但坩堝轉(zhuǎn)速增加會(huì)抑制其強(qiáng)度，使氧的揮發(fā)受限，導(dǎo)致熔體和坩堝界面處氧含量升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，坩堝轉(zhuǎn)速降低時(shí)，單晶硅棒的氧含量隨之降低。綜合考慮氧含量控制和成晶率，5r/min 的坩堝轉(zhuǎn)速被確定為最優(yōu)工藝參數(shù)之一。

氬氣流量和爐壓同樣對(duì) N 型單晶硅氧含量有重要影響。加大氬氣流量、減小爐壓，可增大熔體界面處 SiO 的質(zhì)量流量，促進(jìn)其揮發(fā)，降低固液界面處氧含量，進(jìn)而降低單晶硅棒的氧含量。

通過(guò)對(duì)不同工藝參數(shù)下拉制的 N 型單晶硅棒進(jìn)行同心圓驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，同心圓比例與單晶硅棒氧含量緊密相關(guān)。隨著單晶硅氧含量的降低，電池端同心圓比例也顯著下降。其中，坩堝轉(zhuǎn)速 5r/min、氬氣流量 100L/min 和爐壓 1200Pa 時(shí)拉制的 N 型單晶硅氧含量最低，同心圓比例也最低，僅為 0.7% 。