多晶硅鑄錠之晶體的形成與生長過程詳述

　　在真空熔煉過后，還要經過一個降溫穩定，就進入定向凝固階段。這個過程既是多晶硅的晶體生長過程，也能夠對回收料和冶金法多晶硅料中含有的雜質進行進一步的提純。

　?。ㄒ唬?定向凝固與分凝現象

　　硅液中的雜質在硅液從底部開始凝固的時候，雜質趨向于向液體中運動，而不會停留在固體中。這個現象叫做分凝現象。

　　在固液界面穩定的時候，雜質在固體中的數量與在液體中的數量的比值，叫做分凝系數。分凝系數小于1的雜質，在進行定向凝固的時候，都會趨向于向頂部富集。富集的數量和程度，取決于分凝系數的多少。一般來說，金屬雜質的分凝系數都在10-3 以下（鋁大約是0.08），所以，定向凝固方式除雜，對于金屬雜質比較有效；而硼和磷的分凝系數分別為0.8和0.36，因此，硼和磷的分凝現象就不是太明顯。

　　在定向凝固提純的同時，考慮硅的長晶工藝，使得定向凝固后的硅能夠成為多晶硅錠而直接進行切片，這就是將提純與鑄錠統一在一個工藝流程中完成了。這也是普羅的提純鑄錠爐的重要提純手段。由于含有雜質的硅料和高純料的結晶和熔液的性質都不太一樣，因此，提純鑄錠爐所采用的熱場與純粹鑄錠爐的熱場是有區別的。

　　普羅新能源公司目前采用自己研制的提純鑄錠一體化的專利設計，比較成功地解決了這個問題，使得真空熔煉與鑄錠是在一次工藝里完成的，既較好地解決了提純的問題，也圓滿地完成了鑄錠的要求。

　?。ǘ┚w生長過程

　　定向凝固分為以下四個階段，包括：晶胚形成、多晶生長、頂部收頂、退火冷卻。

　　晶胚形成

　　在熔煉過后，要把硅溶液的溫度降低到1440 ℃左右，并保持一段時間，然后，使坩堝底部開始冷卻，冷卻到熔點以下6-10 ℃左右，即1404-1408 ℃左右。

　　RDS4.0型的爐體降低底部溫度的方法是降低底部功率，和逐漸打開底部熱開關的方式。與常規鑄錠爐的提升保溫體和加熱體方式相比，由于不存在四周先開始冷卻然后才逐步到中央的過程，因此，底部溫度要均勻得多。

　　鑄錠時，底部紅外測溫的數據不完全是硅液底部的溫度，因為，該測點與坩堝底部的硅液還隔了至少一層坩堝，因此，紅外溫度僅能參考，還是要根據每臺爐子各自的經驗數據。這時，底部會形成熔點以下的過冷液體，由于坩堝底部的微細結構的不均勻，在一些質點上會形成晶核，即這些質點會首先凝固，形成結晶。這些質點可能是坩堝上突出的不均勻點，可能是坩堝的凹陷，由于位置比其它位置低，所以在降溫的時候，溫度也會較低。

　　晶核形成后，由于太陽能電池需要的是徑向尺寸較大的柱狀晶，因此，最好不要讓晶核一旦形成就立刻向上生長，這樣會導致晶粒過細；而是首先要讓晶核形成后，先在坩堝底部橫向生長，等長到一定的尺寸后，再向上生長。這樣，要求坩堝底部的溫度在下降到熔點稍低后，就保持平穩，不再下降。這樣，坩堝底部晶核形成后，由于向上生長時，溫度太高，無法生長，因此，只能橫向生長。