CN107045996A - 基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，涉及多晶硅生产领域，包括以下步骤：建立光致发光硅片检测系统；以光致发光硅片检测系统检测多晶硅片；获取多晶硅片的少子寿命、位错、晶界信息和杂质含量的影响因子；将多晶硅片制备成电池片，测试电池片的电性能参数；根据各个影响因子对电池片的电性能影响程度，获取Q值；根据Q值评估多晶硅片的质量。通过采用以上的方案，能够构建表征多晶硅片和硅锭晶体质量的特征值，通过在线应用检测，评估多晶硅片的晶体质量，同时以此评估整个硅锭的晶体质量，提供热场结构改进和铸锭工艺优化的方向。

Description

基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，特别是一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法。

背景技术

光伏产业发展迅猛，提高转换效率和降低成本是光伏产业持续努力的方向。多晶硅片的电学性能直接影响电池转换效率。目前在硅片的生产环节，没有有效的工具表征硅片的晶体质量，无法预判硅片的电性能好坏。光致发光已经开始应用于太阳能硅片的质量检测，但没有一个系统有效的评估预测多晶质量的方法。将光致发光应用到硅片质量控制、铸锭工艺分析中，为硅片质量监控、研发实验提供重要的数据，可以大大缩短实验周期，极大提高工作效率。但是在硅片生产环节，光致发光在线应用目前仅停留在定性分析上，没有一个系统有效的评估预测多晶质量的方法。

中国专利文献CN 103311374 A记载了基于光致发光的太阳能晶硅硅片质量预测、控制方法，包括进行硅片取样，构建硅片样本库；用激光编码器将所取的硅片进行标识；使用光致发光测试系统对硅片测试，并使用读码器读取其身份信息；将硅片按生产工艺制作成电池片，测试电池的电学参数；构建硅片和对应电池相关参数的数据库；对来料硅片进行抽样；使用光致发光测试系统对所抽样本进行测试，根据建立的预测模型对硅片生产成电池后的电学参数进行预测，以此对来料硅片的质量进行预测；按照预测的结果，对来料的硅片的质量进行控制。该方案采用激光打标采集数据库，以单片光致发光测试数据与电池数据对应，但由于电池工艺的波动，总有部分硅片与实际的测试数据不符，导致构建样本数据库的不准确性，从而影响最终测试结果，同时激光打标，还需购买激光打标设备。该方案将硅片信息与电池电学参数加以对应以预测硅片质量，但是并不能给出具体硅片信息与电池电学参数之间的明确关系，仅能用于事后检测，对于指导硅片生产也帮助不大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，能够利用光致发光的检测评估多晶硅生产质量，尤其是能够用于评估整个硅锭的质量，反映热场结构的缺陷和铸锭工艺优化方向。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，包括以下步骤：

s1、建立光致发光硅片检测系统；

s2、以光致发光硅片检测系统检测多晶硅片；

s3、获取多晶硅片的少子寿命、位错、晶界信息和杂质含量的影响因子；

s4、将多晶硅片制备成电池片，测试电池片的电性能参数；

s5、根据各个影响因子对电池片的电性能影响程度，获取Q值；

根据Q值评估多晶硅片的质量。

优选的方案中，一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，包括以下步骤：

s1、建立光致发光硅片检测系统；

s2、选取批量相同铸锭工艺的硅锭，剖锭之后将所有硅块按照从底部到顶部的顺序切割成多晶硅片，按照硅块底部到硅块顶部的顺序将多晶硅片分组；

s3、以光致发光硅片检测系统检测各组的多晶硅片，获取多晶硅片的少子寿命、位错、晶界信息和杂质含量的影响因子，将影响因子取平均值；

s4、将各组的多晶硅片在相同的电池制备工艺下制成电池片，测试电池片的电性能参数，取各组电池片的电性能参数平均值；

s5、根据各个影响因子对电池片电性能参数的影响权重，获取Q值，

根据Q值评估整个硅锭的质量。

优选的方案中，Q值获取公式为：

式中，Q为硅锭质量参数，A、B、C……为影响权重；a、b、c……为各类影响因子的测试值，e为自然常数，x₁、x₂、x₃为权重修正系数。

优选的方案中，根据不同位置对应的硅块的Q值评估整个硅锭的质量，反映热场结构的缺陷和铸锭工艺优化方向。

优选的方案中，根据硅块对应的位置，建立硅锭的Q值方格图。

优选的方案中，影响因子包括少子寿命、位错、晶界信息、杂质含量中一项或多项的组合。

优选的方案中，所述的发光硅片检测系统中，步进旋转平台上方一侧设有光发射装置，另一侧设有采集装置，采集装置与控制装置电连接。

优选的方案中，在检测过程中，步进旋转平台旋转至少90°。

优选的方案中，光致发光硅片检测系统获取的图像中，将影响因子以颜色标识。

优选的方案中，光致发光硅片检测系统获取的图像中，将各个影响因子以不同的颜色分别标识。

本发明提供的一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，通过采用以上的方案，能够构建表征多晶硅片和硅锭晶体质量的特征值，通过在线应用检测，评估多晶硅片的晶体质量，同时以此评估整个硅锭的晶体质量，提供热场结构改进和铸锭工艺优化的方向。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的硅块切片的示意图。

图2为本发明的流程示意图。

图3为本发明中反映硅锭质量的Q值方格图。

图4为本发明中光致发光硅片检测系统的结构简图。

图5为本发明中采集装置获取的原始图像。

图6为本发明中经过检测系统软件处理后的图像。

图中：光发射装置1，采集装置2，控制装置3，步进旋转平台4，多晶硅片5。

具体实施方式

实施例1：

一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，包括以下步骤：

s1、建立如图4中的光致发光硅片检测系统；发光硅片检测系统中，步进旋转平台4上方一侧设有光发射装置1，另一侧设有采集装置2，采集装置2与控制装置3电连接。图4中的步进旋转平台4也可以用手工旋转替代。

s2、以光致发光硅片检测系统检测多晶硅片5；优选的，在测试过程中采用μ-PCD技术标定光致发光强度。

μ-PCD为微波光电导衰减法，为测试硅片少子寿命的一种方法。通过设定的少子寿命阈值，从而在系统中设定位错、杂质、晶界等影响因子识别参数，通过软件分析出硅片影响因子值。

s3、获取多晶硅片5的少子寿命、位错、晶界信息和杂质含量的影响因子；优选的方案中，影响因子包括少子寿命、位错、晶界信息、杂质含量中一项或多项的组合。

s4、将多晶硅片5制备成电池片，测试电池片的电性能参数；

s5、根据各组电池片的电学性能，分析各类影响因子对电池片电性能的影响权重，综合各类因子的影响权重，获取Q值；

优选的方案中，Q值获取公式为：

式中，Q为硅锭质量参数，A、B、C……为影响权重；a、b、c……为各类影响因子的测试值；

e为自然常数，即的值；

约等于：2.71828。

x₁、x₂、x₃为权重修正系数。

设置的影响权重参数，能够较为直观的反映各影响因子对电池片的电学性能影响的相关程度，有利于用于指导多晶硅片的生产。

根据Q值评估多晶硅片的质量。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1～4中所示，一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，包括以下步骤：

s1、建立光致发光硅片检测系统；优选的方案中，所述的发光硅片检测系统中，步进旋转平台4上方一侧设有光发射装置1，另一侧设有采集装置2，采集装置2与控制装置3电连接。优选的方案中，在检测过程中，步进旋转平台4旋转至少90°。光发射装置1发射的光线以一定入射倾角照射在多晶硅片5上表面，经透射并反射后由采集装置2采集成图像送入控制装置3。控制装置3采用单片机或工控机。控制装置3还与步进旋转平台4电性连接，通过旋转步进旋转平台4，使其上的多晶硅片5随之旋转，以获得更为准确的图像。例如部分晶界面或位错在一个角度下不可见，但旋转90°之后则变成可见，有利于得到准确的光致发光图像。优选的是旋转360°。

s2、选取批量相同铸锭工艺的硅锭，剖锭之后将所有硅块按照从底部到顶部的顺序切割成多晶硅片5，如图1中所示，按照硅块底部到硅块顶部的顺序将多晶硅片5分组；即每个硅块从底部到顶部分为一组。

s3、以光致发光硅片检测系统检测各组的多晶硅片5，获取多晶硅片5的少子寿命、位错、晶界信息和杂质含量的影响因子，将各组的影响因子取平均值；

优选的，在测试过程中采用μ-PCD技术标定光致发光强度。

s4、将各组的多晶硅片5在相同的电池制备工艺下制成电池片，测试电池片的电性能参数，取各组电池片的电性能参数平均值；

s5、根据各个影响因子对电池片电性能参数的影响权重，获取Q值，

优选的方案中，Q值获取公式为：

式中，Q为硅锭质量参数，A、B、C……为影响权重；a、b、c……为各类影响因子的测试值，e为自然常数，x₁、x₂、x₃为权重修正系数。

每组硅片都有对应的影响因子值a、b、c……；

通过MATLAB软件计算出A、B、C……值和x₁、x₂、x₃……值；

根据Q值评估整个硅锭的质量。

优选的方案中，根据硅块对应的位置，建立硅锭的Q值方格图。由此方案，能够快速直观地分析硅锭的质量。

优选的方案中，光致发光硅片检测系统获取的图像中，将影响因子以颜色标识。

优选的方案中，光致发光硅片检测系统获取的图像中，将各个影响因子以不同的颜色分别标识。由此结构，便于下一步骤中，工控机进行统计和分析。

优选的方案中，根据不同位置对应的硅块的Q值评估整个硅锭的质量，反映热场结构的缺陷和铸锭工艺优化方向。由此方案能够指导多晶硅铸锭的生产，以提高多晶硅铸锭质量。

实施例3：

在实施例1、2的基础上，参见图5、6，以光致发光硅片检测系统获取的硅片的影响因子：其中位错：3.51，杂质：2.17，黑边：0，作为Q值的计算依据。

计算得到Q值为69.81。

将以上的实施例作为评估硅片晶体质量的方法具有以下的优点：本方案能够在线检测，快速且对硅片无任何损伤，能够及时反馈硅片和硅锭晶体质量；可用于生产质量监控，同时可作为实验和工艺改进的表征工具。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是包括以下步骤：

s1、建立光致发光硅片检测系统；

s2、以光致发光硅片检测系统检测多晶硅片(5)；

s3、获取多晶硅片(5)的影响因子；

s4、将多晶硅片(5)制备成电池片，测试电池片的电性能参数；

s5、根据各个影响因子对电池片的电性能影响程度，获取Q值；

根据Q值评估多晶硅片的质量。

2.一种基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是包括以下步骤：

s1、建立光致发光硅片检测系统；

s2、选取批量相同铸锭工艺的硅锭，剖锭之后将所有硅块按照从底部到顶部的顺序切割成多晶硅片(5)，按照硅块底部到硅块顶部的顺序将多晶硅片(5)分组；

s3、以光致发光硅片检测系统检测各组的多晶硅片(5)，获取多晶硅片(5)的影响因子，将影响因子取平均值；

s4、将各组的多晶硅片(5)在相同的电池制备工艺下制成电池片，测试电池片的电性能参数，取各组电池片的电性能参数平均值；

s5、根据各个影响因子对电池片电性能参数的影响权重，获取Q值，

根据Q值评估整个硅锭的质量。

3.根据权利要求1～2任一项所述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：

Q值获取公式为：

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <msup> <mi>Ae</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>a</mi> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Be</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>b</mi> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Ce</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>C</mi> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <mn>......</mn> <mo>;</mo> </mrow>

式中，Q为硅锭质量参数，A、B、C……为影响权重；a、b、c……为各类影响因子的测试值，e为自然常数，x₁、x₂、x₃为权重修正系数。

4.根据权利要求3所述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：根据不同位置对应的硅块的Q值评估整个硅锭的质量，反映热场结构的缺陷和铸锭工艺优化方向。

5.根据权利要求4述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：根据硅块对应的位置，建立硅锭的Q值方格图。

6.根据权利要求1～2任一项所述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：影响因子包括少子寿命、位错、晶界信息、杂质含量中一项或多项的组合。

7.根据权利要求1～2任一项所述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：所述的发光硅片检测系统中，步进旋转平台(4)上方一侧设有光发射装置(1)，另一侧设有采集装置(2)，采集装置(2)与控制装置(3)电连接。

8.根据权利要求7所述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：在检测过程中，步进旋转平台(4)旋转至少90°。

9.根据权利要求8述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：光致发光硅片检测系统获取的图像中，将影响因子以颜色标识。

10.根据权利要求8述的基于光致发光评估多晶硅锭的晶体质量的方法，其特征是：光致发光硅片检测系统获取的图像中，将各个影响因子以不同的颜色分别标识。