通過兩硅錠相同位置硅塊底部到頂部順序片的PL檢測數(shù)據(jù)對比可以看出，有籽晶高效多晶硅錠的晶體品質(zhì)較高，綜合評分分別高出7.3%，7.75%和5.5%，且優(yōu)勢主要體現(xiàn)在中下部位置，而頂部位置相同或者偏低。位錯團簇是影響晶體品質(zhì)的主要原因之一，而位錯團簇往往生成于CSL晶界并湮滅于隨機晶界[4]，同時晶向也可以影響位錯延伸生長[4]，因此晶體品質(zhì)與晶界類型和晶向有一定的關(guān)系。為解釋造成晶體品質(zhì)差異的原因，我們進行了兩硅錠相同位置晶向晶界比例差異的對比。

3.3 晶向與晶界對比

Fig.4.Comparison of (a) thegrain orientation and (b) the grain boundary of wafersfrom bottom part of thecenter bricks C15 of the ingots.

圖4所示為EBSD檢測晶向與晶界差異對比。由圖4a所示晶向的分布差異對比可以得出有有籽晶高效多晶硅錠中{112}晶向占主導(dǎo)，另外{113}、{111}和{315}晶向也占有較高的比例。{112}晶向具有較低的界面能，通常高品質(zhì)的多晶硅錠具有較高比例的{112}晶向[3]。無籽晶高效多晶硅錠的晶向分布中{111}和{112}晶向占主導(dǎo)，其中{111}占比最高，而{113}和{315}晶向比例較小，因此無籽晶高效多晶硅錠的晶向分布相對集中，晶向比例分布不均衡。兩硅錠都具有較高比例的{112}晶向，但是分布存在一定差異。有籽晶高效多晶硅錠的晶向分布相對均衡的原因在于底部籽晶的隨機分布，有籽晶高效多晶硅技術(shù)是一種外延生長，晶向的分布較大程度取決于底部籽晶的隨機分布，因此獲得的晶向分布相對均衡。無籽晶高效多晶硅錠的形核依靠形核層的粗糙度與特定的過冷度。特定的過冷度會使得形核時的溫度窗口較小，而晶向的形成與形核溫度有直接關(guān)系。因此特定的溫度區(qū)間內(nèi)晶向分布相對集中，某種晶向會占據(jù)比較高的比例。

圖4b所示為晶界檢測結(jié)果對比，通過對比可以得出有籽晶高效多晶硅錠具有較高比例的隨機晶界。位錯團簇往往易湮滅于隨機晶界[4]，因此較高的隨機晶界對應(yīng)的位錯團簇密度相對較低，所以有籽晶高效多晶硅錠的硅片具有較低的位錯密度與較高的晶體品質(zhì)。這一檢測分析結(jié)果與圖3所示PL檢測結(jié)果相吻合。有籽晶高效多晶硅錠具有較高比例的隨機晶界歸因于籽晶的隨機分布。無籽晶高效多晶硅錠形核在特定的溫度梯度范圍內(nèi)，晶向分布相對集中，隨機晶界的比例相應(yīng)減少及CSL晶界相應(yīng)增多，因此無籽晶高效多晶硅錠的品質(zhì)受到形核過程溫度的影響較明顯，因此無籽晶高效多晶還有較多優(yōu)化空間。

電池效率方面，有籽晶高效多晶硅錠較無籽晶高效多晶硅錠平均效率高。但電池效率優(yōu)勢主要體現(xiàn)在中下部，這一結(jié)果與PL檢測結(jié)果相吻合，三塊的效率優(yōu)勢分別為0.12%(B13), 0.13% (C14)和0.169%(C15)。分析認(rèn)為以上差異主要是由于長晶初期形核原理不同造成，有籽晶高效多晶硅錠底部晶體品質(zhì)較無籽晶高效多晶硅錠底部品質(zhì)高，長晶后期由于長晶過程競爭生長與熱場工藝的共同影響，差異減小或者趨向相同。因此有籽晶高效多晶硅技術(shù)在長晶初期具有較大的品質(zhì)優(yōu)勢，但是在長晶中后期隨著缺陷增加，兩者品質(zhì)逐漸相近。

通過以上分析，有籽晶高效多晶硅技術(shù)進一步優(yōu)化的方向是抑制長晶中后期缺陷的增殖。可以通過保持晶柱生長的垂直性以及晶粒的延續(xù)性，將外延生長出的高品質(zhì)晶粒豎直生長至中上部，從而可以有效提升整體效率。無籽晶高效多晶硅技術(shù)在形核和長晶初期相比有籽晶形核存在一定的不足，可以通過進一步優(yōu)化底部異質(zhì)形核層和形核過程過冷度提升{112}等優(yōu)質(zhì)晶向的比例。具體進一步優(yōu)化的方向包括：通過對形核層的優(yōu)化減少對溫度(過冷度)窗口的依賴，并且探尋最佳的形核溫度和過冷度，優(yōu)化長晶初期的晶向分布與隨機晶界的比例，提升長晶初期晶體品質(zhì)。同時長晶后期也需要優(yōu)化，同有籽晶高效多晶硅一樣，也需要通過柱狀晶的生長抑制長晶中后期缺陷的增殖。

4. 結(jié)論

(1)有籽晶(半熔)高效多晶硅技術(shù)與無籽晶(全熔)高效多晶硅技術(shù)都可以獲得較大的形核率，獲得尺寸小而均勻的晶粒。

(2)有籽晶高效多晶硅技術(shù)生長硅錠底部晶粒晶向分布{112}晶向占主導(dǎo)，隨機晶界比例相對較高，硅錠底部晶體品質(zhì)優(yōu)勢較大。

(3)關(guān)于有籽晶與無籽晶高效多晶硅技術(shù)的優(yōu)化方向：有籽晶高效多晶硅技術(shù)需對長晶中后期進行優(yōu)化，通過優(yōu)化界面與溫度梯度，保持晶柱垂直性和延續(xù)性。無籽晶高效多晶硅技術(shù)需要通過對長晶初期形核條件進行優(yōu)化，提高優(yōu)質(zhì)晶向的比例和隨機晶界比例。同時也要進行長晶中后期的優(yōu)化，長晶后期的優(yōu)化措施同有籽晶高效多晶硅技術(shù)方案相同。保持硅錠底部到頂部的品質(zhì)延續(xù)性是半熔和全熔高效多晶共同的核心內(nèi)容。