太阳能电池材料1.说明三氯氢硅还原法制备高纯硅的具体步骤答：工业级硅经过酸洗、粉碎（60~100目），符合粒度的送入干燥炉，经热氮气流干燥后，送入沸腾炉，同时从炉底部通入适量的干燥HCL，进行三氯氢硅的合成。

2.论述拉制无错位单晶硅的工艺无错位晶核是生长无错位单晶的基础3.论述直拉法工艺的定义、工艺流程、需控制的参数、特点答：生长方法：在直拉单晶炉内，向盛有熔硅坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核。

然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大。

直拉法工艺流程：炉体、籽晶、多晶硅、掺杂剂、石英坩埚；清洁处理；装炉；抽真空（或通保护气体）；加热熔化；单晶生长；降温出炉；性能测试。

单晶工艺流程：1.熔化；2.稳定；3.引晶；4.缩颈；5.放肩；6.等径；7.收尾。

需控制的参数、特点：坩埚的位置、转速、上升速度，以及籽晶的转速和上升速度，热场的设计和调整。

4.论述在直拉法中杂质的掺入方法以及单晶中杂质均匀分布的控制方法答：共熔法：纯材料与杂质（不易挥发的材料)一起放入坩埚熔化；投杂法：向已熔化的材料中加入杂质（易挥发的材料）单晶中杂质均匀分布的控制方法：1.直拉法单晶纵向电阻率均匀性的控制：变速拉晶法：原理CS =KCL。

双坩埚法：连通坩埚法和浮置坩埚法。

2.径向电阻率均匀性的控制：在晶体生长过程中，如果熔体搅拌均匀，则固液交界面是等电阻面。

5.论述直拉工艺中降低氧含量的措施6.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？小平面效应？答：分凝现象：将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在晶体的固体浓度Cs和未结晶的液体中浓度C l不同的现象。

平衡分凝系数：在一定温度的平衡状态下，杂质的固液两相中浓度的比值：K0=C S/C L有效分凝系数：在界面薄层边界处杂质浓度C L0对固相杂质浓度C S的比值：K eff=C S/C L0小平面效应：晶体生长的固液界面，由于受坩埚中熔体等温线的限制，常常是弯曲的。

如在晶体生长时迅速提起晶体，在原子密排面的固液界面会出现一小片平整的平面，称之为小平面。

小平面是固液界面偏离等温面的平坦区域，在小平面区杂质浓度与非小平面区有很大差异，具有明显的反常分凝现象，这种杂质在小平面区域分布异常的现象叫小平面效应。

7.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素答：在固液交界面的扩散层熔体中，液流运动平稳，杂质运动主要以扩散为主，杂质分布不均匀，存在浓度梯度；在外散层之外的湍流区熔体中，流液运动非常剧烈，杂质分布均匀。

Keff =K/[(1-K)e-f&/D+K]=CS/[CL-CS)e-f&/D+CSKeff 是有效分凝系数；K是平5衡分凝系数；CG是固相中杂质浓度；CS是液相中杂质浓度f为固液界面移动的速度，也就是晶体生长的速度；&是为扩散层厚度；D为扩散系统。

有效分凝系数的分布规律：1.当f〉〉D/&时，Keff 趋向于1，固液中杂质浓度接近，没有明显分凝效果；2.当f<<D/&时，Keff 趋向于K，分凝效果明显；3.当f约等于D/&时，Keff变化最大。

所以为了提高分凝效果，应取f<D/&的凝固速度。

8.分别写出正常凝固过程，一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式，并说明各个物理量的含义答：正常凝固过程：C S=KC0(1-g)K-1 ;S0表示全锭熔化时的总质量；C0=S0/1，表示起始浓度；K表示杂质的分凝系数，常数。

一次区熔：材料的一部分熔化形成狭窄的熔区，并使熔区从锭棒的一段缓慢地移动到另一端，进而达到中部材料的浓度分布。

C S= C0[1-(1-K)e-Kx/L] 原始杂质浓度均匀C0；长度L；K表示杂质的分凝系数常数。

9.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区，后几次用小熔区的工艺条件答：一次区熔杂质分布曲线平缓，倒流现象可以忽略。

此时区熔尺寸大，在大熔区中均匀后杂质浓度C L变化不大，C S变化也小，提纯效果好。

多次区熔后，达到极限分布状态时，区熔尺寸大，杂质倒流严重。

比较陡的杂质分布，在大熔区中倒流使均匀后杂质浓度C L 变化大，C S变化也大，提纯效果差。

10.说明正常凝固后锭条中的杂质分布的三种情况答：K约等于1时，杂志的浓度沿锭长变化不大；K<1时，锭条晶体尾部的杂质含量高于头部的杂质含量；K>1时，晶体头部的杂质浓度大于尾部的杂质浓度。

11.详细介绍金属硅提纯的主要方法。

答：一般情况下金属硅中杂质含量在百分之零点五以上，主要包括硼、磷、铁、铝、钙、锑等，其中金属杂质的分凝系数比较小，通过定向凝固方法可以除掉。

硼和磷的分凝系数比较大，需采用一些技术手段进一步提纯。

1.在真空中定向凝固，使杂质从熔体内运输到熔体表面挥发：快速流动抽出的保护气，降低气相中德杂质浓度，促进熔体中的杂质尽快挥发；利用电磁等离子法，使得熔体和坩埚壁四周不直接接触，从而增加熔体的表面积。

导致熔体中的杂质尽快挥发。

2.利用化学反应使杂质形成挥发性物质，除去杂质。

3.利用化学反应使杂质形成炉渣，它们或浮于熔体表面，或沉积在炉体底部，凝固后自然与硅材料分开。

12.介绍悬浮区熔法的工艺，并说明针眼工艺及其特点是什么工艺：圆柱形硅棒固定于垂直方向，用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，然后将熔区沿棒长逐步向上移动，将其转换成单晶。

针眼工艺：多晶硅原料棒的直径比所需的单晶硅的直径小，多晶硅棒与籽晶接触的下端设计成圆锥形，并且其表面积与籽晶的上表面积相同，同时感应线圈的直径比硅晶棒的直径小。

13.简述直拉法生长单晶的电阻率的控制方法答：A.直拉法单晶纵向电阻率均匀性的控制：1.变速拉晶法，原理CS =KCL，由于K与拉速成正比，如对K小于1时，先用大拉速，随着晶体伸长，硅液中C增大，L再用小拉速，保证KC不变。

2.双坩埚法：连通坩埚法、浮置坩埚法。

如对与KL小于1的杂质，所掺杂质放在内坩埚内，外坩埚为纯硅液，内坩埚中德熔体在拉晶过程中体积不变，且杂质不易通过两锅之间的流通小孔流到外坩埚中，保证内坩埚熔体中杂质浓度变化缓慢，晶体纵向杂质分布比较均匀。

B.径向电阻率均匀分布的控制：在晶体生长过程中，如果熔体搅拌均匀，则固液交界面是等电阻面。

14.太阳能电池用单晶硅加工工艺包括那些过程？如何控制高质量的硅片？答：工艺：单晶硅棒切断、滚圆、切片、化学腐蚀（氢氧化钠）15.比较三氯氢硅还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点？答：还原法优点：1.节能-采用棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能；2.降低物耗-对还原炉中排放出来的尾气中的各种组分全部进行回收利用，可大幅度降低原料的消耗；3.减少污染-由于还原法是闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分利用，排除的废料极少，污染得到了控制，保护环境。

缺点：利用了制碱工业中的副产物氯气和氢气，成本低，效率高；三氯硅烷遇水会放出腐蚀性的氯化氢气体，腐蚀设备，造成铁、镍等重金属污染三氯硅烷。

硅烷法制备高纯硅的优点：1.硅烷中以复盐的形式存在的硼易于提纯，其基硼量可低于2*10—14；2.硅烷无腐蚀性，分解后也不易形成氢化物，对设备污染程度低；3.硅烷热分解温度低，不需要还原剂，分解效率高；4.在硅烷的沸点（-111.8摄氏度）温度，各种金属杂质的氢化物的蒸汽压很低，以此方法得到的多晶硅中德金属杂质含量很低。

缺点：消耗镁，硅烷本身易燃、易爆；去除硼杂质有效，对不锈钢设备没有腐蚀性，生产的硅质量高。

16.浇铸法的基本原理和优缺点？答：基本原理：将原材料在一个石英砂炉的感应炉中进行熔化，熔融的硅液浇入一个经过预热的石墨模型坩埚中，石墨模型置于一个升降台上，周围用电阻加热，以1mm/min的速度下降，采用定向凝固技术制备大晶粒的多晶硅。

优点：可以实现半连续化生产，其熔化、结晶、冷却分别位于不同的地方，可以有效提高生产效率，降低能源消耗。

缺点：熔融和结晶使用不同的坩埚，会导致二次污染，此外因为有坩埚翻转机构及引锭记过，使得其结构相对复杂。

17.热交换法的基本原理和优缺点？答：把熔化及凝固置于同一坩埚中（避免了二次污染），将硅料在坩埚中熔化后，在坩埚底部同冷却水或冷气体，在底部进行热量交换，形成温度梯度，促使晶体定向生长。

优点：结构简单，坩埚底部无需水冷；侧面加热，底部温度较表层温度高，形成较强烈对流，有利于提纯。

缺点：热效率低，循环周期较长。

18.布里曼法的基本原理和优缺点？答：在硅料熔化后，将坩埚或加热元件移动使结晶好的晶体离开加热区，而液硅仍然处于加热区，这样在结晶过程中固液界面形成比较稳定的温度梯度，有利于形成晶体的生长。

优点：熔化和凝固技术可以在不同的部位同时进行，节约时间；熔体和坩埚不直接接触，没有坩埚的消耗，降低成本；减少了杂质的污染，特别是氧浓度和金属杂质大幅降低；连续浇铸，速度达5mm/min，作业周期48h；电磁力搅拌作用使得掺杂剂在硅熔体中的分布更均匀。

缺点：生长的多晶硅的晶粒比较细小，大小不均匀；生长时固液界面是严重的凹型，会引入较多的晶体缺陷。

因此，制备的多晶硅的少数载流子寿命较低，所制的太阳能电池效率较低。

19.论述铸造法制备高质量多晶硅需要考虑的因素？答：1.尽量均匀的固液界面温度；2.尽量小的热应力；3.尽量大的晶粒；4.尽量少的来自于坩埚的污染。

20.简述边缘限制薄膜带状硅生长技术及其工艺和材料特点。

答：在放置熔融硅原料的石墨坩埚中，利用中间缝宽为300微米左右的石墨模具，使用一个可被熔硅浸润的模具，从模具中引出厚度为300微米左右的带状晶体硅，然后依靠熔体的毛细管效应，将熔硅不断地输送到固液界面，最终得到与有一定长度的带硅材料。

材料特点：带状晶体硅的厚度和形状由石墨模具的几何形状和模具润体的状态有关。

可以连续生产，制备出长的带状硅材料。

21.简述线牵引带状硅生长及其不足。

答：先将硅锭在石墨坩埚中熔化，将两条平行的高温细丝垂直地拉伸穿过坩埚里的熔融的硅锭，由于硅融浆的高黏度使得其会跟着细丝运动，形成膜状。

当硅融浆离开坩埚时，会凝固变成固态带状硅。

不足：该技术目前还不成熟，主要无法保证生长液面平稳，制备的硅片中有很多缺陷，需要快速热处理和氢钝化等辅助工作，生产成本高。

用此方法的局限在于必须使用专用的多晶硅，原材料的供应不足。

22.简述枝网戴硅技术的特点。

答：先将硅原料放在石墨坩埚中熔化；将籽晶在坩埚中部与熔体接触、浸润；快速提高熔体的过冷度，使籽晶下端向两侧长出左右对称的针状晶体；在一定长度后提高晶体拉伸速度，此时针状晶体两段长出枝网状晶体，并不断向下和向中间延伸，形成带状晶体硅。

23.简述工艺粉末带硅生长技术及其有缺点答：先将硅粉末均匀地铺洒在水平的衬底上，然后利用激光或其他光加热技术，将硅粉末预加热；其他再利用光加热技术，将硅粉末熔化；随后熔化的硅熔体离开加热区，逐渐冷却，形成多晶硅的带硅。