Казус: Компоненти от високочист графит за 32-инчови монокристални термични полета в N-тип силициев растеж

Въведение: Предизвикателството на 32-инчовото термично поле при високоефективен растеж на силиций от N-тип

Тъй като фотоволтаичната индустрия бързо преминава от P-тип PERC към N-тип TOPCon и Heterojunction (HJT) слънчеви клетки, търсенето на силициеви пластини с по-висока чистота се е увеличило драстично. Силициевите подложки от N-тип изискват изключително висок живот на неосновните носители на заряд (обикновено >300 μs) и почти нулево замърсяване с примеси от преходни метали.

За да увеличат производителността, производителите на силициеви пластини разширяват размерите на тигелите до 32 инча и повече. Работата при температури над 1450°C в 32-инчово термично поле обаче представлява сериозни инженерни предизвикателства:

1. Термично разграждане и асиметрия:Огромните термични градиенти причиняват структурна деформация и напукване в стандартните графитни нагреватели и пиедестали.
2. Замърсяване с летливи метали:Следови примесни елементи (Fe, Ni, Cu, V) в конвенционалния графит се изпаряват по време на продължително издърпване на кристали, мигрирайки директно в разтопения силиций и причинявайки тежко разграждане на неосновните носители през целия им живот.

Инженерно решение: Ултрапречистен изостатичен графит и CVD SiC екраниране

За да преодолее тези технически затруднения, VeTek Semiconductor внедри цялостно подобрение на материалите в целия 32-инчов термичен модул, състоящо се от изостатичен графит с висока плътност, подложен на високотемпературно халогенно пречистване и защитни CVD силициево-карбидни (SiC) покрития.

1. Дълбоко пречистване на халогени (съдържание на пепел ≤ 2-5 ppm)

Стандартният индустриален графит съдържа насипно съдържание на пепел между 50 ppm и 200 ppm. При 1450°C под вакуум тези микроелементи се изпаряват. Нашият патентован процес за пречистване на халогенни газове при висока температура преобразува металните примеси в летливи халогенни съединения (хлориди/флуориди) при температури над 2400°C.

• Тестване с масспектрометрия с тлеещ разряд (GDMS)проверява, че общото количество метални примеси (Fe, Cr, Ni, Cu, V) е намалено до под 0,5 ppm, постигайки общо съдържание на пепел ≤ 2 ppm.
• Резултат:Елиминира фоновото отделяне на метален газ, предпазвайки разтопения силициев басейн от замърсяване по време на над 120 часа непрекъснати цикли на издърпване.

2. Изостатична графитна структура с висока плътност за термична стабилност

Компонентите, включително графитният нагревател, тигелният токоприемник и изолационният цилиндър, са изработени от изостатичен графит с висока плътност (1,85 g/cm³), финозърнест (размер на зърната <10 μm). Изостатичното пресоване осигурява равномерно изотропно термично разширение (CTE), предотвратявайки локализирано термично напрежение, деформация и механично напукване при повтарящи се термични цикли.

3. Защитно CVD силициево-карбидно (SiC) покритие

Критичните компоненти, изложени на силициеви пари и корозивни продухващи газове, са покрити с плътен слой от силициев карбид (SiC) чрез химическо отлагане от пари (CVD) с дебелина 50–80 μm.

• Корозионна бариера:Предотвратява директна химическа реакция между летливите силициеви пари (SiO2) и графитния субстрат (SiO2 + 2C → SiC + CO2), елиминирайки повърхностната ерозия и образуването на въглероден прах.
• Геометрична прецизност:Поддържа точна геометрия на топлинното поле с над 30% по-дълги интервали на обслужване.

Данни за измерените показатели и валидиране на полеви изпитвания

В производствено съоръжение от 1-во ниво на TOPCon за силициеви пластини беше проведено 6-месечно сравнително полево изпитване в 50 производствени 32-инчови CZ пещи. По-долу е показан бенчмарк за производителност, сравняващ стандартни графитни компоненти с пречистеното термично полево решение на VeTek Semiconductor:

Често задавани въпроси (ЧЗВ)

Заключение и техническа консултация

Преминаването към ултрапречистени изостатични графитни компоненти със CVD SiC защита осигурява директен, измерим път към решаване на проблемите с добива и примесите при растежа на 32-инчов N-тип монокристален силиций. С 18% подобрение в добива на първични частици и 30% удължен живот на термичното поле, производителите на слънчеви пластини могат да постигнат значителна възвръщаемост на инвестициите.