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冷等离子体刻蚀硅的纯化效应研究

王家鑫  
【摘要】: 目前,硅材料的高成本使太阳电池的广泛应用受到了极大的限制。大量研究表明,使用纯度为4N~6N的太阳级硅制备太阳电池,效率可以达到单晶电池的80%,但是成本只有其四分之一。因此,研究太阳级硅的制备技术具有重要意义。 本学位论文首先介绍了国内外太阳级硅制备技术的新工艺及新方法,并简要论述了冷等离子体刻蚀纯化冶金硅的机理。 由于等离子体鞘层内才有能量足够大的粒子,要达到纯化效果,必须使硅粉处于阴极鞘层之内。文中对冷等离子体鞘层进行了分析和计算,得到了鞘层与电流密度、阴极偏压、气压的关系式,为增厚鞘层提供了理论指导。建立了硅粉在鞘层的动力学模型,对硅粉在直立平板反应室内的受力和运动进行了详细分析,得到了硅粉在鞘层的沉降时间表达式。考察了硅粉粒径、真空泵抽气速率、反应室气压等参数对硅粉沉降过程的影响。分析表明,当硅粉在100μm左右时有较好的纯化效果和较高的回收率。对冷等离子体中硅粉的刻蚀动力学进行了研究。基于一维流体模型,对阴极鞘层内的重粒子速度分布、粒子通量、能量等进行了计算,得到了鞘层内高能粒子的刻蚀速率。这些结果为合理调整工艺参数提供了依据,对冷等离子体刻蚀纯化硅具有指导意义。 最后,对硅粉进行了物理刻蚀去除表面杂质的实验。实验是在氩气氛中进行的。实验结果表明利用冷等离子体刻蚀可将硅粉纯度从97.66%提高到98.47%。


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