Atvejo analizė: didelio grynumo grafito komponentai 32 colių monokristaliniams terminiams laukams N tipo silicio auginimo procese

Įvadas: 32 colių terminio lauko iššūkis didelio efektyvumo N tipo silicio augime

Fotovoltinių elementų pramonei sparčiai pereinant nuo P tipo PERC prie N tipo TOPCon ir heterosandūrų (HJT) saulės elementų, smarkiai išaugo didesnio grynumo silicio plokštelių paklausa. N tipo silicio substratams reikalingas itin ilgas mažumos krūvininkų gyvavimo laikas (paprastai >300 μs) ir beveik nulinis pereinamųjų metalų priemaišų užterštumas.

Siekdami padidinti našumą, silicio plokštelių gamintojai plečia tiglių dydžius iki 32 colių ir daugiau. Tačiau veikimas aukštesnėje nei 1450 °C temperatūroje 32 colių terminiame lauke kelia rimtų inžinerinių iššūkių:

1. Terminis skaidymas ir asimetrija:Didžiuliai šiluminiai gradientai sukelia struktūrinę deformaciją ir įtrūkimus standartiniuose grafito šildytuvuose ir stoveliuose.
2. Lakiųjų metalų užterštumas:Įprastame grafite esantys priemaišų pėdsakai (Fe, Ni, Cu, V) ilgo kristalo tempimo metu išgaruoja, migruoja tiesiai į išlydytą silicį ir smarkiai pablogina mažumos krūvininkų gyvavimo trukmę.

Inžinerinis sprendimas: itin išgrynintas izostatinis grafitas ir CVD SiC ekranavimas

Siekdama įveikti šiuos techninius kliūtis, „VeTek Semiconductor“ visame 32 colių šiluminio lauko mazge įdiegė išsamų medžiagų atnaujinimą, kurį sudaro didelio tankio izostatinis grafitas, apdorotas aukštoje temperatūroje halogenais, ir apsauginės CVD silicio karbido (SiC) dangos.

1. Gilus halogenų valymas (pelenų kiekis ≤ 2–5 ppm)

Standartinio pramoninio grafito pelenų kiekis svyruoja nuo 50 ppm iki 200 ppm. Esant 1450 °C temperatūrai vakuume, šie mikroelementai išgaruoja. Mūsų patentuotas aukštos temperatūros halogenų dujų valymo procesas, esant aukštesnei nei 2400 °C temperatūrai, metalines priemaišas paverčia lakiaisiais halogenų junginiais (chloridais/fluoridais).

• Švytėjimo išlydžio masių spektrometrijos (GDMS) bandymaspatvirtina, kad bendras metalinių priemaišų (Fe, Cr, Ni, Cu, V) kiekis sumažinamas iki mažiau nei 0,5 ppm, o bendras pelenų kiekis siekia ≤ 2 ppm.
• Rezultatas:Pašalina foninį metalinių dujų išsiskyrimą, apsaugodamas išlydyto silicio telkinį nuo užteršimo daugiau nei 120 valandų nepertraukiamo traukimo ciklų metu.

2. Didelio tankio izostatinė grafito struktūra terminiam stabilumui

Komponentai, įskaitant grafitinę viryklę, tiglio susceptorių ir izoliacinį cilindrą, yra pagaminti iš didelio tankio (1,85 g/cm³), smulkiagrūdžio (grūdelių dydis <10 μm) izostatinio grafito. Izostatinis presavimas užtikrina vienodą izotropinį šiluminį plėtimąsi (CTE), apsaugodamas nuo lokalizuoto šiluminio įtempio, deformacijos ir mechaninio įtrūkimo pasikartojančių šiluminių ciklų metu.

3. Apsauginė CVD silicio karbido (SiC) danga

Svarbiausi komponentai, veikiami silicio garų ir korozinių valymo dujų, yra padengti 50–80 μm tankio cheminio garinimo nusodinimo (CVD) silicio karbido (SiC) sluoksniu.

• Korozijos barjeras:Apsaugo nuo tiesioginės cheminės reakcijos tarp lakiųjų silicio garų (SiO2) ir grafito substrato (SiO2 + 2C → SiC + CO2), pašalindamas paviršiaus eroziją ir anglies dulkių susidarymą.
• Geometrinis tikslumas:Išlaiko tikslią šiluminio lauko geometriją 30 % ilgesniais techninės priežiūros intervalais.

Išmatuoti našumo duomenys ir lauko bandymų patvirtinimas

Pirmos pakopos TOPCon silicio plokštelių gamybos įmonėje buvo atliktas 6 mėnesių trukmės lyginamasis lauko bandymas su 50 gamybinio masto 32 colių CZ krosnių. Žemiau pateikiamas standartinių grafito komponentų ir „VeTek Semiconductor“ išgryninto terminio lauko tirpalo našumo lyginamasis rodiklis:

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

Išvada ir techninė konsultacija

Atnaujinimas iki itin išgrynintų izostatinių grafito komponentų su CVD SiC apsauga suteikia tiesioginį ir išmatuojamą būdą išspręsti 32 colių N tipo monokristalinio silicio auginimo išeigos ir priemaišų kliūtis. Saulės plokščių gamintojai gali pasiekti didelę investicijų grąžą, padidinę pradinę išeigą 18 % ir pailginę šiluminio lauko tarnavimo laiką 30 %.