本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)：

光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)努力的方向。多晶硅片的電學(xué)性能直接影響電池轉(zhuǎn)換效率。目前在硅片的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，沒有有效的工具表征硅片的晶體質(zhì)量，無法預(yù)判硅片的電性能好壞。光致發(fā)光已經(jīng)開始應(yīng)用于太陽能硅片的質(zhì)量檢測，但沒有一個(gè)系統(tǒng)有效的評(píng)估預(yù)測多晶質(zhì)量的方法。將光致發(fā)光應(yīng)用到硅片質(zhì)量控制、鑄錠工藝分析中，為硅片質(zhì)量監(jiān)控、研發(fā)實(shí)驗(yàn)提供重要的數(shù)據(jù)，可以大大縮短實(shí)驗(yàn)周期，極大提高工作效率。但是在硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)，光致發(fā)光在線應(yīng)用目前僅停留在定性分析上，沒有一個(gè)系統(tǒng)有效的評(píng)估預(yù)測多晶質(zhì)量的方法。

中國專利文獻(xiàn)cn103311374a記載了基于光致發(fā)光的太陽能晶硅硅片質(zhì)量預(yù)測、控制方法，包括進(jìn)行硅片取樣，構(gòu)建硅片樣本庫；用激光編碼器將所取的硅片進(jìn)行標(biāo)識(shí)；使用光致發(fā)光測試系統(tǒng)對硅片測試，并使用讀碼器讀取其身份信息；將硅片按生產(chǎn)工藝制作成電池片，測試電池的電學(xué)參數(shù)；構(gòu)建硅片和對應(yīng)電池相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；對來料硅片進(jìn)行抽樣；使用光致發(fā)光測試系統(tǒng)對所抽樣本進(jìn)行測試，根據(jù)建立的預(yù)測模型對硅片生產(chǎn)成電池后的電學(xué)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，以此對來料硅片的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測；按照預(yù)測的結(jié)果，對來料的硅片的質(zhì)量進(jìn)行控制。該方案采用激光打標(biāo)采集數(shù)據(jù)庫，以單片光致發(fā)光測試數(shù)據(jù)與電池?cái)?shù)據(jù)對應(yīng)，但由于電池工藝的波動(dòng)，總有部分硅片與實(shí)際的測試數(shù)據(jù)不符，導(dǎo)致構(gòu)建樣本數(shù)據(jù)庫的不準(zhǔn)確性，從而影響最終測試結(jié)果，同時(shí)激光打標(biāo)，還需購買激光打標(biāo)設(shè)備。該方案將硅片信息與電池電學(xué)參數(shù)加以對應(yīng)以預(yù)測硅片質(zhì)量，但是并不能給出具體硅片信息與電池電學(xué)參數(shù)之間的明確關(guān)系，僅能用于事后檢測，對于指導(dǎo)硅片生產(chǎn)也幫助不大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，能夠利用光致發(fā)光的檢測評(píng)估多晶硅生產(chǎn)質(zhì)量，尤其是能夠用于評(píng)估整個(gè)硅錠的質(zhì)量，反映熱場結(jié)構(gòu)的缺陷和鑄錠工藝優(yōu)化方向。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

s1、建立光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)；

s2、以光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)檢測多晶硅片；

s3、獲取多晶硅片的少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息和雜質(zhì)含量的影響因子；

s4、將多晶硅片制備成電池片，測試電池片的電性能參數(shù)；

s5、根據(jù)各個(gè)影響因子對電池片的電性能影響程度，獲取q值；

根據(jù)q值評(píng)估多晶硅片的質(zhì)量。

優(yōu)選的方案中，一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

s1、建立光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)；

s2、選取批量相同鑄錠工藝的硅錠，剖錠之后將所有硅塊按照從底部到頂部的順序切割成多晶硅片，按照硅塊底部到硅塊頂部的順序?qū)⒍嗑Ч杵纸M；

s3、以光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)檢測各組的多晶硅片，獲取多晶硅片的少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息和雜質(zhì)含量的影響因子，將影響因子取平均值；

s4、將各組的多晶硅片在相同的電池制備工藝下制成電池片，測試電池片的電性能參數(shù)，取各組電池片的電性能參數(shù)平均值；

s5、根據(jù)各個(gè)影響因子對電池片電性能參數(shù)的影響權(quán)重，獲取q值，

根據(jù)q值評(píng)估整個(gè)硅錠的質(zhì)量。

優(yōu)選的方案中，q值獲取公式為：

式中，q為硅錠質(zhì)量參數(shù)，a、b、c……為影響權(quán)重；a、b、c……為各類影響因子的測試值，e為自然常數(shù)，x1、x2、x3為權(quán)重修正系數(shù)。

優(yōu)選的方案中，根據(jù)不同位置對應(yīng)的硅塊的q值評(píng)估整個(gè)硅錠的質(zhì)量，反映熱場結(jié)構(gòu)的缺陷和鑄錠工藝優(yōu)化方向。

優(yōu)選的方案中，根據(jù)硅塊對應(yīng)的位置，建立硅錠的q值方格圖。

優(yōu)選的方案中，影響因子包括少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息、雜質(zhì)含量中一項(xiàng)或多項(xiàng)的組合。

優(yōu)選的方案中，所述的發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)中，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上方一側(cè)設(shè)有光發(fā)射裝置，另一側(cè)設(shè)有采集裝置，采集裝置與控制裝置電連接。

優(yōu)選的方案中，在檢測過程中，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)至少90°。

優(yōu)選的方案中，光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)獲取的圖像中，將影響因子以顏色標(biāo)識(shí)。

優(yōu)選的方案中，光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)獲取的圖像中，將各個(gè)影響因子以不同的顏色分別標(biāo)識(shí)。

本發(fā)明提供的一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，通過采用以上的方案，能夠構(gòu)建表征多晶硅片和硅錠晶體質(zhì)量的特征值，通過在線應(yīng)用檢測，評(píng)估多晶硅片的晶體質(zhì)量，同時(shí)以此評(píng)估整個(gè)硅錠的晶體質(zhì)量，提供熱場結(jié)構(gòu)改進(jìn)和鑄錠工藝優(yōu)化的方向。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的硅塊切片的示意圖。

圖2為本發(fā)明的流程示意圖。

圖3為本發(fā)明中反映硅錠質(zhì)量的q值方格圖。

圖4為本發(fā)明中光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖5為本發(fā)明中采集裝置獲取的原始圖像。

圖6為本發(fā)明中經(jīng)過檢測系統(tǒng)軟件處理后的圖像。

圖中：光發(fā)射裝置1，采集裝置2，控制裝置3，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4，多晶硅片5。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

s1、建立如圖4中的光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)；發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)中，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4上方一側(cè)設(shè)有光發(fā)射裝置1，另一側(cè)設(shè)有采集裝置2，采集裝置2與控制裝置3電連接。圖4中的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4也可以用手工旋轉(zhuǎn)替代。

s2、以光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)檢測多晶硅片5；優(yōu)選的，在測試過程中采用μ-pcd技術(shù)標(biāo)定光致發(fā)光強(qiáng)度。

μ-pcd為微波光電導(dǎo)衰減法，為測試硅片少子壽命的一種方法。通過設(shè)定的少子壽命閾值，從而在系統(tǒng)中設(shè)定位錯(cuò)、雜質(zhì)、晶界等影響因子識(shí)別參數(shù)，通過軟件分析出硅片影響因子值。

s3、獲取多晶硅片5的少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息和雜質(zhì)含量的影響因子；優(yōu)選的方案中，影響因子包括少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息、雜質(zhì)含量中一項(xiàng)或多項(xiàng)的組合。

s4、將多晶硅片5制備成電池片，測試電池片的電性能參數(shù)；

s5、根據(jù)各組電池片的電學(xué)性能，分析各類影響因子對電池片電性能的影響權(quán)重，綜合各類因子的影響權(quán)重，獲取q值；

優(yōu)選的方案中，q值獲取公式為：

式中，q為硅錠質(zhì)量參數(shù)，a、b、c……為影響權(quán)重；a、b、c……為各類影響因子的測試值；

e為自然常數(shù)，即的值；

約等于：2.71828。

x1、x2、x3為權(quán)重修正系數(shù)。

設(shè)置的影響權(quán)重參數(shù)，能夠較為直觀的反映各影響因子對電池片的電學(xué)性能影響的相關(guān)程度，有利于用于指導(dǎo)多晶硅片的生產(chǎn)。

根據(jù)q值評(píng)估多晶硅片的質(zhì)量。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖1～4中所示，一種基于光致發(fā)光評(píng)估多晶硅錠的晶體質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

s1、建立光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)；優(yōu)選的方案中，所述的發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)中，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4上方一側(cè)設(shè)有光發(fā)射裝置1，另一側(cè)設(shè)有采集裝置2，采集裝置2與控制裝置3電連接。優(yōu)選的方案中，在檢測過程中，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4旋轉(zhuǎn)至少90°。光發(fā)射裝置1發(fā)射的光線以一定入射傾角照射在多晶硅片5上表面，經(jīng)透射并反射后由采集裝置2采集成圖像送入控制裝置3?？刂蒲b置3采用單片機(jī)或工控機(jī)?？刂蒲b置3還與步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4電性連接，通過旋轉(zhuǎn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4，使其上的多晶硅片5隨之旋轉(zhuǎn)，以獲得更為準(zhǔn)確的圖像。例如部分晶界面或位錯(cuò)在一個(gè)角度下不可見，但旋轉(zhuǎn)90°之后則變成可見，有利于得到準(zhǔn)確的光致發(fā)光圖像。優(yōu)選的是旋轉(zhuǎn)360°。

s2、選取批量相同鑄錠工藝的硅錠，剖錠之后將所有硅塊按照從底部到頂部的順序切割成多晶硅片5，如圖1中所示，按照硅塊底部到硅塊頂部的順序?qū)⒍嗑Ч杵?分組；即每個(gè)硅塊從底部到頂部分為一組。

s3、以光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)檢測各組的多晶硅片5，獲取多晶硅片5的少子壽命、位錯(cuò)、晶界信息和雜質(zhì)含量的影響因子，將各組的影響因子取平均值；

優(yōu)選的，在測試過程中采用μ-pcd技術(shù)標(biāo)定光致發(fā)光強(qiáng)度。

s4、將各組的多晶硅片5在相同的電池制備工藝下制成電池片，測試電池片的電性能參數(shù)，取各組電池片的電性能參數(shù)平均值；

s5、根據(jù)各個(gè)影響因子對電池片電性能參數(shù)的影響權(quán)重，獲取q值，

優(yōu)選的方案中，q值獲取公式為：

式中，q為硅錠質(zhì)量參數(shù)，a、b、c……為影響權(quán)重；a、b、c……為各類影響因子的測試值，e為自然常數(shù)，x1、x2、x3為權(quán)重修正系數(shù)。

每組硅片都有對應(yīng)的影響因子值a、b、c……；

通過matlab軟件計(jì)算出a、b、c……值和x1、x2、x3……值；

根據(jù)q值評(píng)估整個(gè)硅錠的質(zhì)量。

優(yōu)選的方案中，根據(jù)硅塊對應(yīng)的位置，建立硅錠的q值方格圖。由此方案，能夠快速直觀地分析硅錠的質(zhì)量。

優(yōu)選的方案中，光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)獲取的圖像中，將影響因子以顏色標(biāo)識(shí)。

優(yōu)選的方案中，光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)獲取的圖像中，將各個(gè)影響因子以不同的顏色分別標(biāo)識(shí)。由此結(jié)構(gòu)，便于下一步驟中，工控機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

優(yōu)選的方案中，根據(jù)不同位置對應(yīng)的硅塊的q值評(píng)估整個(gè)硅錠的質(zhì)量，反映熱場結(jié)構(gòu)的缺陷和鑄錠工藝優(yōu)化方向。由此方案能夠指導(dǎo)多晶硅鑄錠的生產(chǎn)，以提高多晶硅鑄錠質(zhì)量。

實(shí)施例3：

在實(shí)施例1、2的基礎(chǔ)上，參見圖5、6，以光致發(fā)光硅片檢測系統(tǒng)獲取的硅片的影響因子：其中位錯(cuò)：3.51，雜質(zhì)：2.17，黑邊：0，作為q值的計(jì)算依據(jù)。

計(jì)算得到q值為69.81。

將以上的實(shí)施例作為評(píng)估硅片晶體質(zhì)量的方法具有以下的優(yōu)點(diǎn)：本方案能夠在線檢測，快速且對硅片無任何損傷，能夠及時(shí)反饋硅片和硅錠晶體質(zhì)量；可用于生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控，同時(shí)可作為實(shí)驗(yàn)和工藝改進(jìn)的表征工具。

上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。