基本介紹
結晶簡介,亞晶粒組織,結構定性分析,取向分析,
結晶簡介
亞顆粒之間的界面為小角度邊界(<10°)，亞顆粒在偏光顯微鏡下不顯示明顯的顆粒邊界，僅消光方位略有不同，在透射電鏡或光學顯微鏡暗場域中則可顯示清晰的輪廓。亞顆粒是回復作用的產物，實際上可以說是以位錯壁為邊界的結晶顆粒。在回復階段的前期，亞晶粒尺寸變化不大，但在後期，尤其在接近再結晶溫度時，亞晶粒尺寸顯著增大。
類單晶矽技術採用鑄錠工藝生產出類似單晶甚至全單晶的產品，將單晶矽及多晶矽的優勢相結合。當下量產的類單晶技術大部分先把籽晶、矽料摻雜元素放置在坩堝中，籽晶一般置於坩堝底部，鑄錠過程中加熱融化矽料，並保持籽晶不被完全融掉，然後控制降溫，調節固液相的溫度梯度，確保晶體從籽晶位置開始生長。這種通過鑄錠的方式形成單晶矽的技術，投爐料大，生產效率高，切片工藝簡單，成本低。簡單地說，就是用多晶矽的成本生產單晶矽的技術。相較於多晶，類單晶矽片晶界少，位錯密度低，量產後電池轉換效率平均可達17. 5%，最高可達到18. 2%。近年來，類單晶技術受到業界的廣泛關注。
當前類單晶矽錠生長技術雖已能容易地獲得大尺寸的超大“晶粒”，但不少企業在其中發現亞晶粒，這種亞晶粒如馬賽克一般填充於這種超大晶粒中，相互之間位向相差很小。據已有的一般理論可知，這種結構對矽晶體的電學性質將極為不利，值得重視。
亞晶粒組織
採用的制絨工藝為生產線上常用工藝，對於單晶矽樣品並未出現上述現象。該樣品整體上具有( 001) 面鹼腐蝕制絨效果，制絨後矽片反射率約為12%，幾乎達到單晶矽制絨水平。樣品表面可明顯看出存在較多的小晶粒而呈現表面形貌不一的現象，通過肉眼不同角度觀察該現象更明顯。矽片位錯和晶界較多，出現了由網狀分布位錯形成的亞晶界，並在亞晶界附近存在許多位錯腐蝕坑，大量位錯在此處聚集。形成的亞晶粒尺寸約為3 ～ 6 mm，亞晶粒之間位向差大於3°。同時在亞晶粒內部也存在與普通多晶矽片中平均密度相當的位錯。
亞晶界對位錯刻蝕十分敏感，主要為密排位錯列組成。目前，類單晶矽電池片效率比普通多晶矽電池片高0. 5% ～ 1%。估算顯示，類單晶矽僅靠表面金字塔型絨面即可相比普通多晶矽的電池效率高約0. 8%，這基本上與上述類單晶矽片獲得的電池效率增益持平。因此，當前類單晶矽鑄錠的優勢在於它可以通過鹼制絨技術獲得金字塔型絨面，但類單晶矽本身的結晶質量還有待於提高。
結構定性分析
從單晶矽片X 射線衍射譜看出，樣品在( 004) 面有峰，但部分區域峰位強度可達到104 ～ 105 s － 1 甚至105 s － 1 以上，結晶質量較好。但樣品又存在一些區域( 004) 面峰位強度不到102 s － 1，結晶質量較差，峰位強度不足以進行下一步搖擺曲線( 用來描述某一特定晶面在樣品中角發散大小的測試方法) 分析。由此可看出，該類矽片本身即存在結晶質量不一的現象。作為對比，選取了單晶矽參考樣品進行分析，單晶矽片在多個峰位都有峰，其中在( 004) 面( 約70° 位置) 峰的強度較高，約為5 × 104 s － 1，結晶質量較好。
單晶矽片在( 004) 面及偏轉( 004) 面小角度範圍內也存在( 004) 的峰，這表明樣品取向並不完全一致，在整個大晶粒中還存在一定角度偏轉的小晶粒存在，由此判斷出這些制絨後呈現出表面形貌不一的小晶粒確實為亞晶粒。而對於單晶矽參考樣來說，樣品結晶質量很好，整個樣品幾乎為取向一致的大晶粒，不存在亞晶粒。
取向分析
背散射電子衍射( EBSD) 亞晶粒取向分析
採用掃描電鏡背散射電子衍射( EBSD) 分析已經過拋光刻蝕的類單晶矽片樣品，得到衍射花樣並分析晶體取向及晶粒取向差。
單晶矽片中包含不同亞晶粒的各掃描點處矽晶體[001] 方向取向差分布情況( 取向差低於0. 5°的點則不標出) 。可以看到儘管有亞晶粒的存在，類單晶矽中[001] 晶向的取向是高度一致的，不同亞晶粒不同點之間差別絕大部分在1°以內。
單晶矽樣品的掃描電鏡顯微像及對應區域的晶粒取向分布圖，晶體在法向( ND) 、軋向( RD) 、橫向( TD) 方向上的晶向分布。
樣品ND 取向顏色幾乎一致完全為灰黑色( 其中黑色的點是測試未能識別的點) ，表明樣品表面法線方向ND 與 001> 方向幾乎完全重合。RD 與TD方向不同區域差別很小，看不出亞晶粒之間的反差，這表明各亞晶粒之間以 001 > 為軸的旋轉角度差也很小; 同時還可以看到，相互之間色度幾乎相同，這說明矽片中晶粒取向在矽片平面上是旋轉對稱的。
通過對一種制絨後呈現出的表面形貌不一的類單晶矽片進行位錯刻蝕與顯微觀察、X 射線雙晶衍射和掃描電鏡背散射電子衍射( EBSD) 分析得出: 類單晶矽片表面存在的如馬賽克般的小晶粒為亞晶粒，亞晶粒尺寸為3 ～ 6 mm，且具有一些密排位錯列組成亞晶界存在，在亞晶粒內部同時也存在與普通多晶矽錠中平均密度相當的位錯; 各亞晶粒之間相互取向差別小於10°，且基本為以 001 > 為軸的旋轉偏差，故能夠保證( 001) 面特有的金字塔型鹼腐蝕制絨效果。該類亞晶粒現象的類單晶矽片，雖然具有鹼腐蝕制絨效果，增加了對光的吸收，但與普通的單晶矽相比位錯密度仍然過高，位錯坑與亞晶界等都成為載流子的複合中心，增加了載流子的複合，從而嚴重影響電池效率。結晶質量還有待於進一步提高，應儘量避免亞晶粒的產生。
