直到20世紀(jì)90年代,太陽(yáng)能光光伏工藝還是主要建立在單晶硅的基礎(chǔ)上。雖然單晶硅太陽(yáng)能電池的成本在不斷下降,但是與常規(guī)電力相比還是缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,因此,不斷降低成本是光伏界追求的目標(biāo)。自20世紀(jì)80年代鑄造多晶硅發(fā)明和應(yīng)用以來(lái),增長(zhǎng)迅速,80年代末期它僅占太陽(yáng)能電池材料的10%左右,而至1996年底它已占整個(gè)太陽(yáng)能電池材料的36%,它以相對(duì)低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)不斷擠占單晶硅的市場(chǎng),成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的太陽(yáng)能電池次材料。21世紀(jì)初已占50%以上,成為最主要的太陽(yáng)能電池材料。
1.裝料
將裝有涂層的石英坩堝在熱交換臺(tái)上,加入硅原料,然后安裝加熱設(shè)備、隔熱設(shè)備和爐罩,將爐內(nèi)抽真空使?fàn)t內(nèi)壓力降至0.05-0.1mbar并保持真空。通入氬氣作為保護(hù)氣,使?fàn)t內(nèi)壓力基本維持在400-600mbar左右。
2.加熱
利用石墨加熱器給爐體加熱,首先使石墨部件、隔熱層、硅原料等表面吸附的濕氣蒸發(fā),然后緩慢加溫,使石英坩堝的溫度達(dá)到1200-1300℃左右,該過(guò)程需要4-5h。
3.化料
通入氬氣作為保護(hù)氣,使?fàn)t內(nèi)壓力基本維持在400-600mbar左右。逐漸增加加熱功率,使適應(yīng)坩堝內(nèi)的溫度達(dá)到1500℃左右,硅原料開始熔化。熔化過(guò)程中一直保證1500℃左右,直至化料結(jié)束。該過(guò)程約要20-22h。
4.晶體生長(zhǎng)
硅原料熔化結(jié)束后,降低加熱功率,使適應(yīng)坩堝的溫度降至1420-1440℃硅熔點(diǎn)左右。然后石英坩堝逐漸向下移動(dòng),或者隔熱裝置逐漸上升,使得石英坩堝慢慢脫離加熱區(qū),與周圍形成熱交換;同時(shí),冷卻板通水,使熔體的溫度自底部開始降低,晶體硅首先在底部形成,生長(zhǎng)過(guò)程中固液界面始終保持與水平面平行,直至晶體生長(zhǎng)完成,該過(guò)程約要20-22h。
5.退火
晶體生長(zhǎng)完成后,由于晶體底部和上部存在較大的溫度梯度,因此,晶錠中可能存在熱應(yīng)力,在硅片加熱和電池制備過(guò)程中容易再次硅片碎裂。所以,晶體生長(zhǎng)完成后,硅錠保持在熔點(diǎn)附近2-4h,使硅錠溫度均勻,減少熱應(yīng)力。
6.冷卻
硅錠在爐內(nèi)退火后,關(guān)閉加熱功率,提升隔熱裝置或者完全下降硅錠,爐內(nèi)通入大流量氬氣,使硅錠溫度逐漸降低至室溫附近;同時(shí),爐內(nèi)氣壓逐漸上升,直至達(dá)到大氣壓,該過(guò)程約要10h。