太阳能电池生产工艺及关键设备
在硅锭和硅棒的制备中存在两种不同的技术路线，即多晶铸造和直拉单晶，两种生长技术相比，各有优劣。 直拉单晶棒中[C]杂质十分少，且根本无位错存在，以是制得的优良电池片终究转换效率在17%-23%之间。但因为一炉只能拉取一根硅棒，产量有限，能耗十分高，且圆形硅棒需要切除四个圆弧边才能继续使用。同时直拉单晶过程的自动化程度不高，晶棒的质量在很大程度上有赖于操纵工的技术。因为坩埚和晶棒在这个拉制过程中处于扭转状态，强迫对流使得杂质和缺陷出现径向漫衍，极易引发氧诱导推垛层错环（OSF）和空隙或空位团的漩涡缺陷，这些因素会让单晶片质量直线下降。同时因为坩埚的原因，单晶棒中氧杂质的控制十分困难，使得单晶电池片的衰减十分锋利，影响使用寿命。 多晶铸造一次成锭16-36块，随着技术的发展该单锭所包含的块数也会随之增加，能耗也较之直拉单晶降低很多。且多晶铸造可以实现大规模全自动化的生产过程，极大减少了人力成本，且降低了误操作带来的风险。但是多晶在晶核生成阶段有很大的随机性，这就使得硅晶粒之间的边界形成各种各样的“扭折”，使位错的簇或线形式的结构缺陷成核。这些位
错缺陷往往吸引硅中的杂质，并最终造成了多晶硅制成的光伏电池片中电荷载流子的快速复合，降低电池的转换效率。目前多晶硅制得的电池片转换效率16%-18%之间。以下将对两种不同的制造工艺进行介绍：
1.1硅棒铸造工艺及主要设备
1.1.1工艺流程
装料与熔料——熔接——引细颈——放肩——转肩——等径生长——扫尾
1.1.2工艺简介
装料与熔料：将多晶硅料投入单晶炉中，加热使其溶化。
熔接：当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。装料量越大，则所需时间越长。待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽晶与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触 时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中熔硅表面的温度适当，避免籽晶熔断（温度过高）或长出多晶（温度过低）。
引细颈：虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的，但是当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。因此，在熔接之后应用引细颈工艺，可以使位错消失，建立起无位错生长状态。在籽晶能承受晶锭重量的前提下，细颈应尽可能细长，一般直径之比应达到1：10. 放肩：引细颈阶段完成后必须将直径放大到目标直径，当细颈生长至足够长度，并且达到一定的提拉速率，即可降低拉速进行放肩。目前的拉晶工艺几乎都采用平放肩工艺，即肩部夹角接近180°，这种方法降低了晶锭头部的原料损失。
转肩：晶体生长从直径放大阶段转到等径生长阶段时，需要进行转肩，当放肩直径接近预定目标时，提高拉速，晶体逐渐进入等径生长。为保持液面位置不变，转肩时或转肩后应开始启动埚升，一般以适当的埚升并使之随晶升变化。放肩时，直径增大很快，几乎不出现弯月面光环，转肩过程中，弯月面光环渐渐出现，宽度增大，亮度变大，拉晶操作人员
应能根据弯月面光环的宽度和亮度，准确地判断直径的变化，并及时调整拉速，保证转肩平滑，晶体直径均匀并达到目标值。
等径生长：当晶体根本实现等径生长并达到目标直径时，就可实行直径的自动控制。在等径生长阶段，不但要控制好晶体的直径，更为紧张的是保持晶体的无位错生长。扫尾：扫尾的感化是防止位错反延。在拉晶过程中，当无位错生长状态中断或拉晶完成而使晶体突然脱离液面时，已经生长的无位错晶体受到热打击，其热应力往往超过硅的临界应力。这时会产生位错，并将反延至其温度尚处于范性形变最低温度的晶体中去，形成位错排，星形结构。普通来说，位错反延的距离约莫等于生长界面的直径。因此，在拉晶竣事时，应逐步缩小晶体的直径直至末了缩小成为一点，这一过程称为扫尾。扫尾可通过提高拉速，也可通过降低温度的方法来实现，更多的是将两种方法联合起来，扫尾时应控制好扫尾的速度，以防晶体过早地脱离液面。目前先辈的单晶炉可以实现从引晶到扫尾的全部过程。
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