Тематичне дослідження: Компоненти з високочистого графіту для 32-дюймових монокристалічних теплових полів у кремнієвих системах N-типу.

Вступ: Проблема 32-дюймового теплового поля у високоефективному вирощуванні кремнію N-типу

Оскільки фотоелектрична галузь швидко переходить від сонячних елементів PERC P-типу до сонячних елементів TOPCon N-типу та гетеропереходу (HJT), попит на кремнієві пластини вищої чистоти різко зріс. Кремнієві підкладки N-типу вимагають надзвичайно високого часу життя неосновних носіїв заряду (зазвичай >300 мкс) та майже нульового забруднення домішками перехідних металів.

Щоб збільшити пропускну здатність, виробники кремнієвих пластин розширюють розміри тиглів до 32 дюймів і більше. Однак робота за температур, що перевищують 1450°C у тепловому полі розміром 32 дюйми, створює серйозні інженерні проблеми:

1. Термічна деградація та асиметрія:Величезні температурні градієнти викликають структурну деформацію та розтріскування у стандартних графітових обігрівачах та підставках.
2. Забруднення леткими металами:Мікродомішки елементів (Fe, Ni, Cu, V) у звичайному графіті випаровуються під час тривалого витягування кристалів, мігруючи безпосередньо в розплавлений кремній та спричиняючи серйозну деградацію неосновних носіїв заряду протягом терміну служби.

Інженерне рішення: екранування ультраочищеним ізостатичним графітом та CVD-кремнієм

Щоб подолати ці технічні труднощі, VeTek Semiconductor запровадила комплексну модернізацію матеріалів для всього 32-дюймового термополевого вузла, що складається з ізостатичного графіту високої щільності, що пройшов високотемпературне галогенне очищення, та захисних покриттів з карбіду кремнію (SiC) методом химічного осадження (CVD).

1. Глибоке очищення галогенів (вміст золи ≤ 2-5 ppm)

Стандартний промисловий графіт містить зольну масу від 50 ppm до 200 ppm. При температурі 1450°C у вакуумі ці мікроелементи випаровуються. Наш запатентований високотемпературний процес очищення галогенних газів перетворює металеві домішки на леткі галогенні сполуки (хлориди/фториди) при температурі вище 2400°C.

• Випробування мас-спектрометрією тліючого розряду (GDMS)підтверджує, що загальний вміст металевих домішок (Fe, Cr, Ni, Cu, V) знижено до рівня менше 0,5 ppm, досягаючи загального вмісту золи ≤ 2 ppm.
• Результат:Усуває фонове виділення металевого газу, захищаючи розплавлену кремнієву ванну від забруднення протягом понад 120 годин безперервних циклів витягування.

2. Ізостатична структура графіту високої щільності для термічної стабільності

Компоненти, включаючи графітовий нагрівач, тигельний токоприймач та ізоляційний корпус, виготовлені з високощільного (1,85 г/см³) дрібнозернистого (розмір зерна <10 мкм) ізостатичного графіту. Ізостатичне пресування забезпечує рівномірне ізотропне теплове розширення (КТР), запобігаючи локалізованому термічному напруженню, деформації та механічному розтріскуванню під час повторних термічних циклів.

3. Захисне покриття з карбіду кремнію (SiC), отримане методом CVD

Критичні компоненти, що піддаються впливу парів кремнію та агресивних продувальних газів, покриваються шаром карбіду кремнію (SiC) товщиною 50–80 мкм, нанесеним методом хімічного осадження з парової фази (CVD).

• Корозійний бар'єр:Запобігає прямій хімічній реакції між леткими парами кремнію (SiO2) та графітовою підкладкою (SiO2 + 2C → SiC + CO2), усуваючи ерозію поверхні та утворення вуглецевого пилу.
• Геометрична точність:Зберігає точну геометрію теплового поля, що збільшує інтервали обслуговування на понад 30%.

Дані виміряної продуктивності та валідація польових випробувань

6-місячне порівняльне польове випробування було проведено на 50 виробничих 32-дюймових печах CZ на заводі з виробництва кремнієвих пластин TOPCon першого рівня. Нижче наведено контрольний показник продуктивності, що порівнює стандартні графітові компоненти з очищеним тепловим польовим розчином VeTek Semiconductor:

Часті запитання (FAQ)

Висновок та технічна консультація

Перехід на ультраочищені ізостатичні графітові компоненти із захистом CVD SiC забезпечує прямий, вимірюваний шлях до вирішення проблем з виходом та домішками при вирощуванні 32-дюймового монокристалічного кремнію N-типу. Завдяки покращенню виходу первинних матеріалів на 18% та подовженню терміну служби теплового поля на 30%, виробники сонячних пластин можуть досягти значної рентабельності інвестицій.