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单晶炉和多晶硅铸锭炉

一、单晶炉

目前在所有安装的太阳电池中，超过 90%

以上的是晶体硅太阳电池，因此位于产业链前端的硅锭 /

片的

生产对整个太阳电池产业有着很重要的作用。 ?

太阳电池硅锭主要有单晶硅锭和多晶硅锭，这两种硅锭。

–

单晶硅做成的电池效率高，但硅锭生产效率低，能耗大；多晶硅电池效率比单晶硅低一些，但硅锭生

产效率高，在规模化生产上较有优势。

目前国际上以多晶硅硅锭生产为主，而国内由于人工成本低，国产单晶炉价格低，因此国内单晶硅硅锭

的产能比多晶硅大得多。
1 太阳电池单晶硅锭生产技术
1.1 切克劳斯基法（Czochralsik

： CZ

法） 1917

年由切克斯基建立的一种晶体生长方法现成为制备单

晶硅的主要方法。 ?

把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚，在硅单晶炉内熔化；然后用一根固定在籽晶轴上的籽

晶插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便在籽晶下端生长。CZ

法是利用旋转着的

籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法，又称直拉法
直拉单晶炉及其基本原理

多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、

放肩、转肩等径、收尾

等步骤，完成一根单晶硅锭的拉制。?

炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生

长及生长成的单晶的质量。?

拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的

旋转及提升速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。
优缺点

直拉法设备和工艺比较简单设备和工艺比较简单，容易实现自设备和工艺比较简单动控制；生产效率高，

易于制备大直径单晶；容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低阻单晶。? 但用此法制单晶硅时，原料易被坩

埚污染易被坩埚污染，易被坩埚污染硅单晶纯度降低，拉制的硅单晶电阻率大于 50 欧姆·厘米，质量很难
控制。
1.2

悬浮区熔法（区熔法或 FZ 法）

悬浮区熔法比直拉法出现晚， W·G·Pfann 1952

年提出， P·H·keck 等人 1953

年用来提纯半导体硅。 ?

悬浮区熔法是将多晶硅棒用卡具卡住上端，下端对准籽晶，高频电流通过线圈与多晶硅棒耦合，产生涡流，

使多晶棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使硅棒熔化和进行单晶生长，用此法制得的硅单晶叫区熔单晶。

区熔法有水平区熔和悬浮区熔，前者主要用于锗提纯及生长锗单晶，硅单晶的生长则主要采用悬浮区熔

法，生长过程中不使用坩埚，熔区悬浮于多晶硅棒和下方生长出的单晶之间 ? 区熔法不使用坩埚，污染少

不使用坩埚，不使用坩埚污染少，经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高，含氧量和含碳量低。高阻硅单晶

一般用此法生长。?

目前区熔单晶应用范围比较窄，不及直拉工艺成不成结构缺陷没有解决。结构缺陷没有

解决熟，单晶中一些结构缺陷没有解决
1.3 基座法

基座法是既象区熔法又象直拉法的一种拉制单晶方法。用卡具将多晶棒下端卡住，高频线圈在多晶硅棒上

端产生熔区，由上方插入籽晶，将籽晶慢慢向上提起，生长出单晶。? 基座法制备的单晶纯度高，生长速度

快，污染小能较好的控制电阻率。但此法工艺不成熟，很难生长大直径硅单晶很难生长大直径硅单晶。不成

熟很难生长大直径硅单晶
1.4 片状单晶生长法（EFG 法）

片状单晶生长法是近几年发展的一种单晶生长技术。将多晶硅放入石英坩埚中，经石墨加热器加热熔化，

将用石墨或者石英制成的有狭缝的模具浸在熔硅中，熔硅依靠毛细管作用，沿狭缝升到模具表面和籽晶融

合，用很快的速度拉出。生长片状单晶拉速可达 50 毫米/

分。? 片状单晶生长法现在多采用横向拉制。将有一

平缺口的石英坩埚装满熔硅，用片状籽晶在坩埚出口处横向引晶，快速拉出片状单晶。片状单晶横向拉制时
结晶性能好，生产连续，拉速快，可达 20 厘米/

分 ?

片状单晶表面完整，不须加工或少许加工就可制做器

件；省掉部分切磨抛工艺，大大提高了材料的利用率。 ? 片状单晶拉制工艺技术高，难度大，温度控制非常

精确，片状单晶工艺技术目前处于研究阶段处于研究阶段。处于研究阶段