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      鄭州華晶金剛石股份有限公司

      生長(zhǎng)速率提高10倍!科學(xué)家成功開(kāi)發(fā)10微米厚的高品質(zhì)單晶硅

      關(guān)鍵詞 單晶硅 , 生長(zhǎng)速率|2018-03-20 09:57:32
      摘要 東京理工大學(xué)和早稻田大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)成功的制造出高質(zhì)量的薄膜單晶硅,其晶體缺陷密度降低到了硅晶圓級(jí),其增長(zhǎng)率是以前的十倍以上。從理論上說(shuō),這種方法可以使原料的產(chǎn)量提高到幾乎百...

             

      微信圖片_20180320095632.jpg

             東京理工大學(xué)和早稻田大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)成功的制造出高質(zhì)量的薄膜單晶硅,其晶體缺陷密度降低到了硅晶圓級(jí),其增長(zhǎng)率是以前的十倍以上。從理論上說(shuō),這種方法可以使原料的產(chǎn)量提高到幾乎百分之百。因此,我們預(yù)期這項(xiàng)技術(shù)可以使硅晶體的生產(chǎn)成本大幅度的降低,同時(shí)保證單晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。

             將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能是解決二氧化碳排放導(dǎo)致全球變暖的有效方法。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的核心是單晶硅太陽(yáng)能電池,使單晶硅太陽(yáng)能電池變薄,就有可能大大的降低占據(jù)模塊成本的40%左右的原材料的成本。也使得單晶硅更加靈活輕便并提高其使用率和降低成本。

             此外,作為一種降低成本的方法,太陽(yáng)能電池采用雙孔硅層(DPSL)的薄膜單晶硅引起了人們的關(guān)注。單晶硅太陽(yáng)能電池領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)有:1、在硅層片之間形成高質(zhì)量的薄膜硅。2、實(shí)現(xiàn)可以輕易剝離的多孔結(jié)構(gòu)(剝離)。3、改善生長(zhǎng)率和硅原材料產(chǎn)量。4、剝離后沒(méi)有任何浪費(fèi),可以繼續(xù)使用模板。

             為了克服這些挑戰(zhàn),有必要了解并確定多孔硅上生長(zhǎng)的薄膜晶體質(zhì)量的主要因素,并且開(kāi)發(fā)出一種控制這些材料的技術(shù)。

             由東京理工大學(xué)的Manabu Ihara教授和Kei Hasegawa副教授以及早稻田大學(xué)的Suguru Noda博士組成的聯(lián)合研究小組,已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種厚度約為10微米的高品質(zhì)的單晶硅,將晶體缺陷密度降低到了硅晶圓級(jí),其生長(zhǎng)率比以前高出10倍。首先,用電化學(xué)技術(shù)在單晶硅片表面生成納米級(jí)多孔硅。其次,通過(guò)獨(dú)特的區(qū)域加熱再結(jié)晶方法(ZHR)將表面平滑到0.2~0.3納米,并且利用該基體高速生長(zhǎng)獲得具有高結(jié)晶質(zhì)量的單晶薄膜。采用雙層多孔硅層可以很容易的剝離薄膜,基底可以作為薄膜生長(zhǎng)的蒸發(fā)源使用或者利用,從而大大的降低了材料的損耗。通過(guò)改變ZHR方法的條件,降低了底層襯底表面的粗糙度,降低了薄膜晶體的缺陷密度,最終成功地將其降低到硅片的1/10水平。這定量的表明,表面粗糙范圍只有0.1~0.2納米(原子水平的幾層)對(duì)晶體缺陷的形成有著重要的影響,這也是晶體生長(zhǎng)機(jī)制的一個(gè)有意思的地方。

             從硅源到薄膜硅的成膜速率和轉(zhuǎn)換速率是生產(chǎn)薄膜單晶硅的瓶頸。化學(xué)氣相沉積法(CVD)主要用于外延生長(zhǎng),最大的成膜率為每小時(shí)幾微米,產(chǎn)率約為10%。在早稻田大學(xué)Noda的實(shí)驗(yàn)室中,通過(guò)在大于2000℃的溫度下蒸發(fā)原料Si,而不是常規(guī)的物理氣相沉積(PVD)(原料Si在其熔點(diǎn)約為1414℃的溫度下蒸發(fā)),快速蒸發(fā)方法(RVD)是能夠以10μm/ min沉積Si的高Si蒸氣壓開(kāi)發(fā)的。研究人員發(fā)現(xiàn),ZHR技術(shù)解決了技術(shù)性問(wèn)題,大大的降低了剝離過(guò)程中的制造成本。

             根據(jù)這項(xiàng)研究的結(jié)果,團(tuán)隊(duì)不僅發(fā)現(xiàn)了提高晶體質(zhì)量的主要因素,在多孔硅的快速生長(zhǎng)過(guò)程中,研究人員成功的控制住了生長(zhǎng)速率。該結(jié)果發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)(RSC)期刊CrystEngComm上面,并且會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)期刊的內(nèi)部封面上。

       

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