Метод трехмерной визуализации внутренней структуры слитка мультикристаллического кремния по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Беляков Олег Александрович

• Беляков Олег Александрович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Беляков Олег Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ ДЕФЕКТОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И ПРИМЕСЕЙ В

МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ КРЕМНИИ

1.1. Фотоэлектрический преобразователь

1.2.Мультикристаллический кремний

1.2.1.Производственный процесс получения мультикристаллического кремния

1.2.2 Распределение дефектов и примесей по высоте блока кремния21

1.2.3 Методы управления ростом мультикристаллического кремния24

1.3 Методы определения дефектов и примесей

1.4. Методы трехмерной визуализации дефектов

1.5 Постановка задачи

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ТРЕХМЕРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ СЛИТКА

2.1 Изображения фотолюминесценции поверхности пластин

2.2 Алгоритм обработки изображений фотолюминесценции

2.2.1 Загрузка изображений

2.2.2 Поворот и обрезка изображения

2.2.3 Сортировка изображений

2.2.4 Медианная фильтрация изображений

2.2.5 Совмещение соседних изображений

2.2.6 Графический вывод трехмерных изображений структуры

2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТРЕХМЕРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ БЛОКОВ КРЕМНИЯ

3.1 Трехмерное изображение внутренней структуры блока

3.2 Визуализация центрального сечения слитка

3.3 Программно-математическое обеспечение для формирования трехмерных изображений внутренней структуры

3.4 Программно-аппаратный комплекс для визуализации расположения дефектов в структуре

3.5 Выводы по главе

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод трехмерной визуализации внутренней структуры слитка мультикристаллического кремния по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую (фотоэлектрический эффект) является одним из основных направлений возобновляемой энергетики. Наиболее распространенный тип фотоэлектрических устройств преобразования энергии или солнечных элементов — это устройства на основе кристаллического кремния.

Используемый кремний по способу получения делится на моно- и мультикристаллический. На основе монокристаллического кремния создаются высокоэффективные солнечные элементы, за счет отсутствию дефектов в его кристаллической структуре. В свою очередь, мультикристаллический кремний является материалом с высоким содержанием дефектов и элементы на его основе имеют эффективность ниже, чем у монокристаллических солнечных элементов на 2,0-2,5%. Более низкая себестоимость, по сравнению с технологией получения монокристаллов, позволяет технологии мультикристаллического кремния быть лидером в отрасли на данный момент.

Основная задача, стоящая перед технологией мультикристаллического кремния, заключается в повышение эффективности получаемых солнечных элементов за счет снижения количества дефектов, возникающих в процессе направленной кристаллизации слитков. Особенность процесса направленной кристаллизации заключается в неравномерном распределении дефектов по высоте получаемого мультикристаллического слитка. Нарушение условий проведения процесса приводит к резкому увеличению количества дефектов.

При использовании существующих методов исследования дефектов возможно получать информацию с плоскости продольных или поперечных срезов слитка кремния. Такие плоскостные методы дают ограниченное количество информации и не позволяют полноценно оценить качество проведенного процесса направленной кристаллизации. Потребность в получении слитков мультикристаллического кремния с минимальным количеством дефектов и их

равномерным распределением по высоте приводит к необходимости разработки метода определения объемного распределения дефектов в слитках кремния.

Поэтому, научно-техническая задача определения распределения дефектов в объеме слитка мультикристаллического кремния в настоящее время является актуальной.

Степень разработанности темы. В течение последнего десятилетия интенсивно развивается комплексный подход к исследованию условий кристаллизации мультикристаллического кремния с минимальным количеством дефектов кристаллической структуры. Однако остается нерешённой проблема обоснованного выбора условий процесса кристаллизации для получения кристаллов с низким и равномерным количеством дефектов по всему объему блоков кремния. Также, были получены убедительные экспериментальные доказательства высокой степени корреляции между наличием дефектов и снижением эффективности и других характеристик фотоэлектрических преобразователей.

Вопросы определения дефектов в кристаллическом кремнии на основе методов цифровой обработки изображений в области фотоэлектрической промышленности рассмотрены в трудах преимущественно зарубежных авторов.

Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является разработка метода визуализации внутренней структуры блока и слитка мультикристаллического кремния.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

1. Разработать способ сортировки изображений фотолюминесценции пластин для восстановления порядка следования пластин в объеме блока кремния.

2. Разработать алгоритм цифровой обработки изображений фотолюминесценции пластин для формирования трехмерных изображений внутренней структуры блока и слитка.

3. Разработать способ выделения структурных дефектов в трехмерных изображениях внутренней структуры блока и слитка.

4. Разработать программно-аппаратный комплекс для

автоматизированной визуализации расположения дефектов в структуре мультикристаллического кремния.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработан способ сортировки изображений фотолюминесценции пластин для восстановления порядка их следования в объеме блока кремния по нормированной производной функции распределения удельного электрического сопротивления пластин и вычисления линейных коэффициентов взаимной корреляции кольцеобразных участков изображений фотолюминесценции.

2. Разработана математическая модель для визуализации внутренней структуры слитка мультикристаллического кремния, включающая загрузку исходных изображений фотолюминесценции пластин, удаление фона с изображений и центрирование извлеченных изображений пластин, восстановление расположения пластин по высоте блока, построение трехмерных изображений и выделение дефектов в результате пороговой фильтрации значения интенсивности фотолюминесценции.

3. Разработан метод реконструкции структуры слитка мультикристаллического кремния, включающий следующую последовательность операций: разделение слитка на блоки, разделение блоков на пластины, регистрация изображений фотолюминесценции поверхности пластин, восстановление порядка расположения пластин по высоте блока и трехмерная визуализация структуры блоков и срезов слитка кремния.

4. Создан программно-аппаратный комплекс для автоматизированной визуализации расположения поверхностных и объемных дефектов в структуре мультикристаллического кремния, позволяющий из трехмерных изображений выделять вертикальные сечения отдельных блоков и проводить сравнительный анализ нескольких различных блоков или слитков.

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты:

1. Сортировка изображений фотолюминесценции пластин по нормированной производной функции распределения удельного электрического

сопротивления позволяет восстановить порядок их расположения по направлению распространения фронта кристаллизации.

2. Восстановление взаимного азимутального положения соседних изображений фотолюминесценции в блоке осуществимо с помощью вычисления линейных коэффициентов взаимной корреляции кольцеобразных участков изображений толщиной от 10 до 12 мм и внешним радиусом от 54 до 70 мм.

3. Формирование трехмерных изображений внутренней структуры слитка мультикристаллического кремния по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин требует последовательного выполнения следующих операций: центрирование изображений на основе преобразования Радона; определение порядка следования изображений на основе нормированной производной функции распределения удельного электрического сопротивления пластин; выравнивание взаимного азимутального положения соседних пластин на основе вычисления линейных коэффициентов взаимной корреляции кольцеобразных областей изображений.

Методы исследований и достоверность результатов. В работе использованы методы цифровой обработки изображений фотолюминесценции кремниевых пластин. Для моделирования и проведения расчетов на ЭВМ применен пакет программного обеспечения Matlab. Экспериментальная часть диссертационной работы проводилась с помощью модуля фотолюминесценции HE-PL-02 фирмы Hennecke Systems, расположенного на производственной площадке ООО «ХЕЛИОС-Ресурс». Достоверность результатов подтверждается экспериментальными исследованиями и практическим внедрением.

Практическая значимость работы подтверждается созданием программно-аппаратного комплекса, позволившего визуализировать внутреннюю структуру слитка мультикристаллического кремния. Разработанный комплекс позволяет визуализировать расположение дефектов в слитках мультикристаллического кремния. Сравнительный анализ кристаллов с крупнозернистой и мелкозернистой структурой показал, что для фотоэлектрических преобразователей, созданных из пластин с мелкозернистой структурой, эффективность выше на 0,9%.

Реализация и внедрение. Полученные в диссертации результаты использованы при выполнении НИР № 8-17 Г в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме «Разработка технологии производства высокочистого кремния для солнечной энергетики на основе плазмохимической очистки и магнитогидродинамического перемешивания» (Соглашение № 14.577.21.0263 от 26.09.2017, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57717X0263) и НИОКР №2 26-17 в рамках договора № 26-17 от 13.12.2017 и договора о софинансировании и дальнейшем использовании результатов исследований № 586-24 от 26.09.2017 по теме «Разработка технологии производства высокочистого кремния для солнечной энергетики на основе плазмохимической очистки и магнитогидродинамического перемешивания». Полученные экспериментальные результаты и разработанное программно-математическое обеспечение внедрены в ООО «ХЕЛИОС-Ресурс» (г. Саранск) в программно-аппаратном комплексе и технологической документации для мониторинга производства слитков и пластин мультикристаллического кремния. Использование результатов диссертационной работы подтверждается соответствующим актом о внедрении (Приложение).

Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором при его непосредственном участии или под его руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и результаты.

Апробация работы. Результаты работы представлены на 37-ой международной конференции Spring Meeting of the European Materials Research Society (E-MRS) г. Ницца, Франция, 2019 г.; 36-ой международной конференции European PV Solar Energy Conference (EU PVSEC), г. Марсель, Франция, 2019 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 работы из перечня, рекомендованного ВАК РФ, 4 работы входят в реферативные базы данных Scopus и Web of Science, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав основного текста, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст работы содержит 126 страниц, 77 рисунков и 5 таблиц. Список литературы на 13 страницах включает 113 наименований. В приложении на 5 страницах приведены: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, акты о внедрении и применении результатов работы.

В первой главе представлен обзор кристаллического кремния как материала для фотоэлектрических преобразователей. Исследованы условия проведение процесса направленной кристаллизации мультикристаллического кремния, типы дефектов кристаллической решетки, свойственные мультикристаллическому кремнию. Проведен анализ методов получения мультикристаллического кремния с различным размером зерна: от крупнозернистых до мелкозернистых.

Проведен анализ существующих методов контроля электрофизических параметров кристаллов кремния при производстве слитков и пластин мультикристаллического кремния. Выявлено, что используемые методы дают ограниченную информацию о содержании и распределению дефектов и не могут быть в своем неизменном виде применены для исследования объемного распределения дефектов в слитке кремния.

Анализ показал, что трехмерная визуализация распределения дефектов в слитке мультикристаллического кремния может быть осуществлена методами цифровой обработки изображений, полученных методом фотолюминесценции поверхности пластин. Метод фотолюминесценции сочетает в себе возможность получения пространственного распределения дефектов различного типа по пластине и время измерения одной пластины за несколько секунд.

На основе проведенного анализа сформулированы цель диссертационной работы и основные задачи исследований.

Во второй главе представлен разработанный метод трехмерной визуализации внутренней структуры мультикристаллического блока кремния. Решение поставленной задачи достигнуто на основе применения следующей

последовательности операций с изображениями фотолюминесценции поверхности пластин:

- преобразование Радона исходного изображения;

- сортировка изображений по значению удельного электрического сопротивления;

- вычисление коэффициентов взаимной корреляции изображений.

Исследуемые пластины на исходных изображениях фотолюминесценции

произвольным образом повернуты относительно границ изображения. С помощью разработанного алгоритма выделяются границы пластин на изображении фотолюминесценции. Затем происходит поиск границ пластины с помощью преобразования Радона с последующим удалением фона и центрированием изображения пластины.

Выявлено, что порядковый номер изображений не отражает реального расположения пластин в блоке. Применяется алгоритм кластерной сортировки изображений по значению удельного электрического сопротивления пластин для восстановления исходного расположения пластин в блоке кремния.

Особенности раскладки пластин при регистрации изображений ФЛ приводит к их азимутальным поворотам на угол кратный 90°. Показано решение задача совмещения соседних изображений фотолюминесценции пластин в блоке. Предложенный метод вычисления коэффициентов взаимной корреляции по участкам изображений показал высокую точность восстановления исходного положения изображений пластин разного типа.

Показан графический вывод трехмерных изображений структуры блока, полученного по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин, осуществляется в виде продольного среза слитка, в виде трехмерного изображения структуры с тремя интерактивными плоскостями или томограммы и трехмерного изображения дефектов, выделенных с помощью пороговой фильтрации.

В третьей главе представлены результаты трехмерной визуализации внутренней структуры блоков мультикристаллического кремния. Для демонстрации работы метода исследовано два блока с разной кристаллической

структурой. Показан анализ Блока А с равномерной мелкозернистой кристаллической структурой и блока Б с неравномерной крупнозернистой структурой. Проведен подробный анализ трехмерных изображений и срезов по содержанию дефектов, их размеров, места зарождения и последующего развития. Отмечены различия в наклоне зерен, зарожденных со стороны кристаллизационного тигля. Показано, что крупнозернистая структура в себе содержит большее количество дефектов, чем мелкозернистая.

Показано трехмерное изображений сектора слитка, построенного из 5 блоков.

Показан программно-аппаратный комплекс, разработанный для визуализации расположения дефектов в структуре мультикристаллического кремния, который позволяет в автоматическом режиме создавать трехмерные изображения структуры блоков кремния.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю профессору Карабанову Сергею Михайловичу за внимание, оказанное данной работе, постоянный интерес, ценные советы, обсуждения, замечания и пожелания. Искренне благодарен сотрудникам РГРТУ: Серебрякову Андрею Евгеньевичу и Суворову Дмитрию Владимировичу - за многочисленные консультации и ценные советы. Автор выражает благодарность коллективу ООО «ХЕЛИОС-Ресурс» за помощь в проведении экспериментальных работ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ ДЕФЕКТОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И ПРИМЕСЕЙ В МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ КРЕМНИИ

Мультикристаллический кремний (multi-crystalline silicon - далее mc-Si) является основным материалом в фотоэлектрической промышленности для изготовления фотоэлектрических преобразователей (далее ФЭП или солнечный элемент - СЭ) [1]. Наличие дефектов кристаллической структуры и примесей в мультикристаллических кремниевых пластинах является ключевым ограничением для создания на их основе высокоэффективных (КПД более 20%) ФЭП в промышленных условиях [2]. Обзор литературы основан на литературных источниках о физике полупроводниковых материалов и солнечных элементов [3-

Схематичное изображение ФЭП p-типа на кремниевой основе с алюминиевым задним контактом приведено на Рисунке 1.1. При прохождении солнечного излучения сквозь поверхность ФЭП происходит поглощение фотонов в p-n области, которые генерируют подвижные носители заряда - электронно-дырочные пары. Их диффузия и дрейф, создают градиент по плотности и электрическому полю внутри ФЭП. В результате на контактах возникает разность потенциалов.

Задний

контакт ^-Г

Рисунок 1.1 - Схематическое изображение поперечного сечения солнечного

элемента и принцип его работы

10].

1.1. Фотоэлектрический преобразователь

Перрттнхга КОН

п-эшптер

Параметром для описания качества ФЭП является эффективность преобразования энергии п или КПД. Эффективность ФЭП — это отношение электрической энергии, генерируемой ФЭП (РекеМс), и падающего солнечного излучения на его поверхность (Рь). Мощность солнечного излучения на земле рассматривается в соответствии с спектром AM1,5 и соответствует 1000 Вт/м2 [11]. Эффективность преобразования ФЭП определяется по формуле:

ц — ре1еатс — утрр^трр (1 1)

При ЛМ1,5 типичная эффективность промышленных ФЭП на основе кристаллического кремния варьируется от 18% до 22% [1]. Согласно [12], ожидаемый технический предел оптимизированного гомоструктурного кремниевого ФЭП составляет 26%. Максимальная достижимая эффективность преобразования гомоструктурного ФЭП определяется пределом Шокли-Киссера с теоретической эффективностью 30% для запрещенной зоны 1,1 эВ [13]. Различие между текущим и теоретически достижимым уровнем эффективности связано с наличием дефектов и примесей в кристаллической структуре кремния. Дефекты приводят к уменьшению количества носителей заряда и снижению эффективности ФЭП [2]. Возникающие механизмы потерь реальных приборов можно разделить на электрические и оптические. Далее будут рассмотрены электрические потери, так, как они, в основном, зависят от качества кремниевого материала.

Во время диффузии носителей заряда к р-п-переходу возникают различные механизмы рекомбинации, которые в большинстве случаев связаны с качеством материала кремниевой подложки [14]. Различают радиационную рекомбинацию, Оже-рекомбинацию, рекомбинацию Шокли-Рид-Холла и поверхностную рекомбинацию (Рисунок 1.2). Различные механизмы рекомбинации существуют одновременно и происходят независимо друг от друга.

Ьу

\У\У\г>

ЛУ////

б:

В)

Г)

Рисунок 1.2 - Четыре процесса рекомбинации: (а) радиационная рекомбинация, (б) Оже-рекомбинация, (в) рекомбинация Шокли-Рид-Холла и (г) поверхностная

рекомбинация [14]

Радиационная рекомбинация. Радиационная рекомбинация является обратным процессом для процесса поглощения фотона. Для кремния, как непрямозонного полупроводника, этот тип рекомбинации является маловероятным по сравнению с другими механизмами рекомбинации [15]. Из-за большего значения длины волны излучаемого фотона он слабо поглощается и может выйти из полупроводника. Эти фотоны измеряются с помощью приборов регистрации фотолюминесцентного излучения. Радиационное время жизни носителей заряда тг^ обратно пропорционально рекомбинации и определяется формулой:

где no и po - концентрация электронов и дырок в тепловом равновесии, Ап -избыточная плотность носителей заряда и B - постоянная материала.

Оже-рекомбинация. Электрон из зоны проводимости рекомбинирует с дыркой в валентной зоне. Вместо испускания фотона он переносит свою энергию на другой электрон из зоны проводимости, который поднимается до более высокого энергетического состояния и затем термализуется до края зоны проводимости и передает свою энергию во вторую дырку в валентной зоне [16]. Время жизни Оже-рекомбинации т^ег измеряют методами, описанными в работе

Рекомбинация Шокли-Рид-Холла (8КИ). Рекомбинация SRH происходит через уровни дефектов, которые обычно индуцируются, например,

Тгаа = (в(п0 + Ап)(р0 + Ап)) 1 ,

(1.2)

[19].

металлическими примесями [17]. Вероятность рекомбинации зависит от местоположения уровня ловушки. Расчет времени жизни теш затруднен, поскольку он зависит от типа и количества примесей. [20].

Поверхностная рекомбинация. Дефекты в запрещенной зоне на поверхности материала возникают из-за оборванных связей или других дефектов, которые нарушают решетку вблизи поверхности. Скорость рекомбинации на границах поверхности имеет высокие значения. За счет применения процесса пассивации поверхности скорость рекомбинации уменьшается [18]. Согласно [21] время жизни т8игг можно аппроксимировать как функцию толщины пластин, скорости диффузии и скорости поверхностной рекомбинации.

1.2. Мультикристаллический кремний

1.2.1. Производственный процесс получения мультикристаллического

кремния

Производственный процесс получения пластин шс-Б1 делится на следующие стадии: получение сырья, кристаллизация исходного сырья в слитки, механическая обработка слитка и нарезание кристаллов на пластины. Схема производственной цепочки показана на Рисунках 1.3 и 1.4. Следуя по схеме, далее будут описаны типы и этапы появления потенциальных дефектов и примесей, которые снижают качество кремниевого материала. Следующие разделы, посвященные производственному процессу получения шс-Б1, основаны на [22-26].

Кремниевое сырье. Производство кремниевого сырья начинается с кварца. Кварц химически восстанавливается при помощи технического углерода до кремния металлургического качества (МО-Б1). МО-Б1 содержит следующие примеси на уровне 1-2 % от массы [27]:

а) Легирующие добавки, такие как бор (В) и фосфор (Р), которые влияют на удельное сопротивление материала.

б) Легкие элементы, такие как кислород (О), углерод (С) или азот (К), которые образуют включения при кристаллизации.

в) Металлы, такие как железо ^е) и медь (Си), которые уменьшают время жизни носителей заряда.

Поликремннн

Рисунок 1.3 - Схема производства поликремния из кварцевого песка [22]

Рисунок 1.4 - Схема производства (а) блоков и (б) пластин мульти кристаллического кремния [22]

Очистка МС-81. Кремний высокой степени чистоты или поликремний получают при помощи Сименс-процесса [28]. Чтобы снизить уровень примесей, МО^ переводят в газовую фазу, используя хлорсодержащие соединения (силаны), а затем дистиллируют. Твердый чистый кремний получают осаждением из газовой фазы на разогретые затравки в виде стержней. Полученные кремниевые стержни затем измельчают на мелкие куски, которые используются в качестве сырья для процессов кристаллизации. При данном процессе очистки могут быть достигнуты низкие концентрации примесей от единиц до сотых долей ррт.

Кристаллизация. Во время кристаллизации кусковой поликремний расплавляют в тигле с последующей кристаллизацией расплава. Существуют два основных процесса получения кристаллического кремния. Первый процесс — это процесс Чохральского, который используют в полупроводниковой и фотоэлектрической промышленностях для получения монокристаллов кремния [29]. Второй процесс - направленная кристаллизация расплава, для получения мультикристаллического кремния [30]. Получаемый материал те-Б1 имеет более низкое качество, но применим и экономичен для фотоэлектрической промышленности. На Рисунке 1.5 для сравнения показаны монокристаллические и мультикристаллические пластины кремния.

Монокристалл Мультикристалл

Рисунок 1.5 - Иллюстрация кремниевых пластин: (а) монокристаллическая и (б)

мультикристаллическая

Метод направленной кристаллизации. Процесс кристаллизации с направлено распространяющимся фронтом кристаллизации получают путем достижения градиента температуры dT/dz вдоль оси кристаллизации z и при заданной скорости охлаждения dT/dt системы с временем. В результате тепловой поток направлен от расплава к кристаллу. Когда поток тепла направлен против вектора силы тяжести или под углом возникает термически нестабильная жидкая фаза. Это характерно для установок направленной кристаллизации, фото и схема которой показаны на Рисунке 1.6 [31].

Изолятор

Нагреватель Графитовый

Кварцевый

тигель Смещение изолятора при кристаллизации

Вакуумная помпа

сГ

Рисунок 1.6 - Фото и схема установки выращивания кристалла методом

направленной кристаллизации

Производство кремния в установке направленной кристаллизации состоит из следующих основных процессов, которые представлены на Рисунке 1.7: нагрев, плавление, кристаллизация, отжиг и охлаждение. На графике показаны типичные профили изменения температуры с термопар и позиция изолятора для цикла роста слитка массой от 450 до 500 кг в печи GT DSS. Как правило, в печи для управления мощностью нагрева используются две термопары (профили TC1 и TC2). Термопара ТС1 расположена у верхней кромки кварцевого тигля, а термопара ТС2 - у дна тигля. Как показано, во время стадии плавления температура TC1 быстро

увеличивается до температуры, превышающей температуру плавления кремния (1410 ° C). Как только температура TC2 достигает температуры вблизи точки плавления выходная мощность уменьшается и корректируется для стабилизации. Чтобы начать рост, изоляционная корзина перемещается вверх, а температура TC1 снижается. Контролируемая скорость роста составляет примерно 1-2 см/час. После того, как изолятор достигает максимального положения высоты подъема, температура TC1 дополнительно уменьшается для завершения затвердевания. Последним затвердевает слой из расплава, находящегося в углах слитка.

Рисунок 1.7 - Типичные профили параметров для цикла роста слитка в печи GT DSS. Этапы процесса производства кремния 1 - нагрев, 2 - плавление, 3 -

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Беляков Олег Александрович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ITRPV 2017 International Technology Roadmap for Photovoltaics Results

2017. Ninth Edition // Mechanical Engineering Industry Association, Frankfurt am Main,

2018. - 76 p.

2. Kovvali, A. About the relevance of defect features in as-cut multicrystalline silicon wafers on solar cell performance / A. Kovvali, M. Demant, T. Trotschler, J. Haunschild, S. Rein // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 1999. - P. 130011-18.

3. Гременок, В.Ф. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов / В.Ф. Гременок, М.С. Тиванов, В.Б. Залесский. - Минск: Изд-во БГУ, 2007. - 222 с.

4. Виссарионов, В.И. Солнечная энергетика: учебное пособие для вузов / В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин. - Москва: Изд-во МЭИ, 2008. - 276 с.

5. Тимашев, С.В. Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии / С.В. Тимашев, В.А. Грилихес. - Москва: МО СССР, 1985. - 78 с.

6. Luque A. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering / A. Luque, S. Hegedus. - Chichester: John Wiley & Sons, 2011. - 1164 p.

7. Mertens K. Photovoltaics - Fundamentals, Technology and Practice / K. Mertens. - Chichester: John Wiley & Sons, 2014. - 294 p.

8. Isabella, O. Solar Energy: The Physics and Engineering of Photovoltaic Conversion, Technologies and Systems / O. Isabella, K. Jager, A. Smets, R. Swaaij, M. Zeman. - Cambridge: UIT Cambridge, 2016. - 488 p.

9. Glunz, S.W. Crystalline silicon solar cells: state of-the-art and future developments / S. W. Glunz, R. Preu, D. Biro // Comprehensive renewable energy. - 2012 - Vol. 1. - P. 353-387

10. Green, M.A. Silicon solar cells: advanced principles and practice / M.A. Green. - Sydney: Centre for Photovoltaic Devises and Systems UNSW, 1995. - 366 p.

11. Gueymard, C. Proposed reference irradiance spectra for solar energy systems testing / C. Gueymard, D. Myers, K. Emery // Solar Energy. - 2002. - Vol. 73, No. 6. - P. 443-467.

12. Swanson, R.M. Approaching the 29% limit efficiency of silicon solar cells / R.M. Swanson // Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 37 Jan 2005. - Lake Buena Vista, 2005. - P. 889-894.

13. Shockley, W. Detailed balance limit of efficiency of p-n junction solar cells / W. Shockley, H.J. Queisser // Journal of Applied Physics. - 1961. - Vol. 32, No. 3. - P. 510-519.

14. Woehl, R. Highly efficient all-screen-printed back-contact back-junction silicon solar cells with aluminum-alloyed emitter / R. Woehl, J. Krause, F. Granek, D. Biro // Energy Procedia. - 2011. - Vol 8. - P. 17-22.

15. Парменов, Ю.А. Физика полупроводников: учебное пособие / Ю.А. Парменов. - Москва: МИЭТ, 2002 - 132 с.

16. Абакумов, Б.Н. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках / Б.Н. Абакумов, В.И. Перель, И.Н. Яссиевич. - Санкт-Петербург: Изд-во Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Контантинова РАН, 1997. - 376 с.

17. Величко, Д.В. Полупроводниковые приборы и устройства: учебное пособие / Д.В. Величко, В.Г. Рубанов. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2006. - 184 с.

18. Горшков, А.П. Физика поверхности полупроводников: учебное пособие / А.П. Горшков, С.В. Тихов. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. - 101 с.

19. Richter, A. Improved quantitative description of Auger recombination in crystalline silicon / A. Richter, S.W. Glunz, F. Werner, J. Schmidt, A. Cuevas // Physical Review B. - 2012. - Vol. 86. - P. 165202-1-14.

20. Schmidt, J. Impurity-Related Limitations of Next-Generation Industrial Silicon Solar Cells / J. Schmidt, B. Lim, D. Walter, K. Bothe, S. Gatz, T. Dullweber, P.P. Altermatt // IEEE Journal of Photovoltaics. - 2013. - Vol. 3, No. 1. - P. 114-118.

21. Kimmerle, A. Carrier-diffusion corrected J0-analysis of charge carrier lifetime measurements for increased consistency / A. Kimmerle, J. Greulich, A. Wolf // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2015. - Vol. 142. - P. 116-122.

22. Ovreli, E. Feedstock / E. Ovreli, K. Tang, T. Engh, M. Tangstad // Crystal Growth of Si for Solar Cells. - 2009. - Vol. 14. - P. 1-23.

23. Powell, D.M. Crystalline silicon photovoltaics: a cost analysis framework for determining technology pathways to reach baseload electricity costs / D.M. Powell, M.T. Winkler, H.J. Choi, C.B. Simmons, D.B. Needleman, T. Buonassisi // Energy and Environmental Science. - 2012. - Vol. 5. - P. 5874-5883.

24. Lan, C. W. Grain control in directional solidification of photovoltaic silicon / C.W. Lan, W.C. Lan, T.F. Lee, A. Yu, Y.M. Yang, W.C. Hsu, et al. // Journal of Crystal Growth. - 2012 - Vol. 360, No. 1. - P. 68-75.

25. Funke, C. Challenges of the wire saw wafering process / C. Funke, H.-J. Moller, R. Rietzschel, S. Kaminski, T. Behm, T. Wagner, et al. // Photovoltaics International. - 2011 - Vol. 11. - P. 38-47.

26. Moller, H.J. Basic Mechanisms and Models of Multi-Wire Sawing / H.J. Moller // Advanced Engineering Materials. - 2004. - Vol. 6. P. 501-513.

27. Ceccaroli, B. Solar grade silicon feedstock, in Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2nd ed. / B. Ceccaroli, O. Lohne. - Chichester: John Wiley & Sons, 2011. - 169-216 p.

28. Alsema, E.A. Environmental impacts of PV electricity generation - a critical comparison of energy supply options / E.A. Alsema, M.J. de Wildy-Scholten, V.M. Fthenakis // Presented at the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 4-8 Sep. 2006. - Dresden, 2006. - P. 1-7

29. Wu, L. Modeling and simulation of Czochralski bulk crystal growth process: investigation of transport effects in melt and gas phases / L. Wu. - Saarbrucken: VDM Publishing, 2009. - 192 p.

30. Moller, H. J. Multicrystalline silicon for solar cells / H. J. Moller, C. Funke, M. Rinio, S. Scholz // Thin Solid Films. - 2005. - Vol. 487, No. 1. - P. 179-187.

31. Muller, G. Optimization and Modeling of Photovoltaic Silicon Crystallization Processes / G. Muller, J. Friedrich, W. Wang, K. Tsukamoto, D. Wu // AIP Conference Proceedings. - 2010. - Vol. 1270, No. 1. - P. 255-281.

32. Srinivasan, M. Numerical modelling on stress and dislocation generation in multi-crystalline silicon during directional solidification for PV applications / M. Srinivasan, P. Karuppasamy, P. Ramasamy, A.K. Barua // Electronic Materials Letters. -2016. - Vol. 12, No. 4. - P. 431-438.

33. Takahashi, I. Generation mechanism of dislocations during directional solidification of multicrystalline silicon using artificially designed seed / I. Takahashi, N. Usami, K. Kutsukake, G. Stokkan, K. Morishita, K. Nakajima // Journal of Crystal Growth. - 2010. - Vol. 312, No. 7. - P. 897-901.

34. Brown, R.A. Modelling of directional solidification: from Scheil to detailed numerical simulation / R.A. Brown, D.H. Kim // Journal of Crystal Growth. - 1991. -Vol.109, No. 1-4. - P. 50-65.

35. Hull, R. Properties of crystalline silicon / R. Hull. - Stevenage: Institution of Engineering and Technology. - 1999. - 1042 p.

36. Kakimoto, K. Crystal growth of Si for solar cells / K. Nakajima, N. Usami. - Berlin: Springer, 2009. - P. 55-69.

37. Rudolph, P. Handbook of Crystal Growth / G. Dhanaraj, K. Byrappa, V. Prasad, M. Dudley. - Berlin: Springer, 2010. - P. 159-201.

38. Beadle, W.E. Quick Reference Manual for Silicon Integrated Circuit Technology / W.E. Beadle, J.C.C. Tsai, R.D. Plummer. - New York: John Wiley & Sons, 1985. - 736 p.

39. Ferrazza, F. Solar Cells, Materials, Manufacture and Operation / T. Markvart, L. Castaner. - Oxford: Elsevier Science, 2005. - P. 71-88.

40. Jester, T. Crystalline silicon manufacturing process / T. Jester // Progress in Photovoltaics. - 2002. - Vol. 10, No.2 - P. 99-106.

41. Рид, В.Т. Дислокации в кристаллах / В.Т. Рид. - Москва: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1957. - 282 с.

42. Рейви, К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. Пер. с англ. / К. Рейви - М.: Мир, 1984. - 475 с.

43. Reimann, C. Response of as grown dislocation structure to temperature and stress treatment in multi-crystalline silicon / C. Reimann, J. Friedrich, E. Meissner, D. Oriwol, L. Sylla // Acta Materialia. - 2015. - Vol. 93. - P. 129-137.

44. Ryningen, B. Growth of dislocation clusters during directionall solidification of multicrystalline silicon ingots / B. Ryningen, G. Stokkan, M. Kivambe, T. Ervik, O. Lohne // Acta Materialia. - 2011. - Vol. 59, No. 20. - P. 1253-1256.

45. Yang, Y.M. Development of high-performance multicrystalline silicon for photovoltaic industry / Y.M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W.C. Hsu, A. Yang, C.W. Lan // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. - 2015. - Vol. 23, No. 3. - P. 340351.

46. Nakajima, K. Arrangement of dendrite crystals grown along the bottom of Si ingots using the dendritic casting method by controlling thermal conductivity under crucibles / K. Nakajima, K. Kutsukake, K. Fujiwara, K. Morishita, S. Ono // Journal of Crystal Growth. - 2011. - Vol. 319. - P. 13-18.

47. Khattak, C.P. Silicon Processing for Photovoltaics II / C.P. Khattak, K.V. Ravi. - North Holland: Elsevier Science Publishers, 1987. - p. 153-184.

48. Gao, B. Single-Seed Casting Large-Size Monocrystalline Silicon for High-Efficiency and Low-Cost Solar Cells / B. Gao, S. Nakano, H. Harada, Y. Miyamura, T. Sekiguchi, K. Kakimoto // Engineering. - 2015. - Vol. 1, No. 3. - P. 378-383.

49. Stoddard, N. Casting Single Crystal Silicon: Novel Defect Profiles from BP Solar's Mono2 TM Wafers / N. Stoddard, B. Wu, I. Witting, M. Wagener, Y. Park, G. Rozgonyi, R. Clark // Solid State Phenomena. - 2008. - Vol. 131-133. - P. 1-8.

50. Fujiwara, K. Directional growth method to obtain high quality polycrystalline silicon from its melt / K. Fujiwara, W. Pan, K. Sawada, M. Tokairin, N. Usami, Y. Nose, A. Nomura, T. Shishido, K. Nakajima // Journal of Crystal Growth. -2006. - Vol. 292, No. 2. - P. 282-285.

51. Li, T.F. High-quality multi-crystalline silicon (mc-Si) grown by directional solidification using notched crucibles / T.F. Li, K.M. Yeh, W.C. Hsu, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2011. - Vol. 318, No. 1. - P. 219-223.

52. Li, T.F. An enhanced cooling design in directional solidification for high quality multi-crystalline solar silicon / T.F. Li, H.C. Huang, H.W. Tsai, A. Lan, C. Hsu, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2012. - Vol. 340, No.1. - P. 202-208.

53. Miyamura, Y. Crystal growth of 50 cm square mono-like Si by directional solidification and its characterization / Y. Miyamura, H. Harada, K. Jiptner, J. Chen, R.R. Prakash, S. Nakano, B. Gao, K. Kakimoto, T. Sekiguchi // Journal of Crystal Growth. -2014. - Vol. 401. - P. 133-136.

54. Wang, T.Y. Grain control using spot cooling in multi-crystalline silicon crystal growth / T.Y. Wang, S.L. Hsu, C.C. Fei, K.M. Yei, W.C. Hsu, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2009. - Vol. 311, No. 2. - P. 263-267.

55. Yeh, K.M. High-quality multi-crystalline silicon growth for solar cells by grain-controlled directional solidification / K.M. Yeh, C.K. Hseih, W.C. Hsu, C.W. Lan // Progress in Photovoltaics. Research Application. - 2010. - Vol. 18, No. 4. - P. 265271.

56. Jay, F. Advanced process for n-type mono-like silicon a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells with 21.5% efficiency / F. Jay, D. Munoz, T. Desrues, E. Pihan, V.A. Oliveira, N. Enjalbert, A. Jouini // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2014. - Vol. 130. - P. 690-695.

57. Wang, X.-S. The performance of cast mono wafer, cell and module / X.-S. Wang, S. Zhou, Y. Gu, Z. Xing, T. Galvez // Presented at the 35 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 24-27 Sep. 2018. - Brussels, 2018.

58. Chen, J. Recombination activity of S3 boundaries in boron-doped multicrystalline silicon: Influence of iron contamination / J. Chen, D. Yang, Z. Xi, and T. Sekiguchi // Journal of Applied Physics. - 2005. - Vol. 97. No. 3. - P. 033701-1-5.

59. Chen, J. Electron-beam-induced current study of small-angle grain boundaries in multicrystalline silicon / J. Chen, T. Sekiguchi, R. Xie, P. Ahmet, T. Chikyo, D. Yang, S. Ito, F.Yin // Scripta Materialia. - 2005. - Vol. 52. - P. 1211-1215.

60. Yeh, K.M. High-quality multicrystalline silicon growth for solar cells by grain-controlled directional solidification / K.M. Yeh, C.K. Hseih, W.C. Hsu, C.W. Lan // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. - 2010. - Vol. 18, No. 4. - P. 265-271.

61. Hsieh, C.C. Grain Structures of Multi-crystalline Silicon Grown By Using Patterned Crucibles / C.C. Hsieh, A. Lan, C. Hsu, C. Martin, A. Yang, C.W. Lan // Abstracts of the 5th International Workshop on Crystal Growth Technology. Berlin. 2630 June 2011. - 2011. - P. 37.

62. Tsai, H.W. Effect of crucible coating on the grain control of multi-crystalline silicon crystal growth / H.W. Tsai, M.Yang, C.Chuck, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2013. - Vol. 363. - P. 242-246.

63. Wong, Y.T. The effect of silica nucleation layers on grain control of multi-crystalline silicon in directional solidification / Y.T. Wong, C.T. Hsieh, A. Lan, C. Hsu, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2014. - Vol. 404. P. 59-64.

64. Yang, Y.M. Development of high performance multicrystalline silicon for photovoltaic industry / Y.M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W.C. Hsu, A. Yang, C.W. Lan // Progress of Photovoltaics. - 2015. - Vol. 23, No. 3. - P. 340-351.

65. Lin, H.K. Evolution of grain structures during directional solidification of silicon wafers / H.K. Lin, M.C. Wu, C.C. Chen, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth.

- 2016. - Vol. 439. - P. 40-46.

66. Lan, C.W. The emergence of high-performance multi-crystalline silicon in photovoltaics / C.W. Lan, A. Lan, C.F. Yang, H.P. Hsu, M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W.C. Hsu, A. Yang // Journal of Crystal Growth. - 2017. - Vol. 468. - P. 17-23.

67. Wu, B. Bulk multicrystalline silicon growth for photovoltaic (PV) application / B. Wu, N. Stoddard, R. Ma, R. Clark // Journal of Crystal Growth. - 2008.

- Vol. 310, No. 7. - P. 2178-2184.

68. Wong, Y.T. Development of grain structures of multi-crystalline silicon from randomly orientated seeds in directional solidification / Y.T. Wong, C. Hsu, C.W. Lan // Journal of Crystal Growth. - 2014. -Vol. 387. - P. 10-15.

69. Yang, Y.M. Development of high-performance multicrystalline silicon for photovoltaic industry / Y.M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W.C. Hsu, A. Yang, C.W. Lan // Progress in Photovoltaics. Research Application. - 2015. - Vol. 23, No. 3. - P. 340-351.

70. Buonassisi, T. Transition metal co-precipitation mechanisms in silicon / T. Buonassisi, M. Heuer, A.A. Istratov, M.D. Pickett, M.A. Marcus, B. Lai, Z. Cai, S.M. Heald, E.R. Weber // Acta Materialia. - 2007. - Vol. 55, No. 18. - P. 6119-6126.

71. Schmidt, J. Accurate Method for the Determination of Bulk Minority-Carrier Lifetime of Mono and Multicrystalline Silicon Wafers / J. Schmidt, A. Aberle // Journal of Applied Physics. - 1997. - Vol. 81, No. 9. - P. 6186-6199.

72. Wilson, M. QSS-^PCD measurement of lifetime in silicon wafers: advantages and new applications / M. Wilson, A. Savtchouk, J. Lagowski, K. Kis-Szabo,

F. Korsos, A. Toth, R. Kopecek, V. Mihailetchi // Energy Procedia. - 2011. - Vol. 8. -P. 128-134.

73. Lich, J. Correlation between different carrier-lifetime measurement methods for Si-blocks / J. Lich, M. Turek // Energy Procedia. - 2011. - Vol. 8. - P. 58-63.

74. Sinton, R.A. Evaluating silicon blocks and ingots with quasi-steady-state lifetime measurements / R.A. Sinton, T. Mankad, S. Bowden, N. Enjalbert // Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. - 2004. - P. 1-4.

75. Herlufsen, S. Photoconductance-calibrated photoluminescence lifetime imaging of crystalline silicon / S. Herlufsen, J. Schmidt, D. Hinken, K. Bothe, R. Brendel // Physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters. - 2008. -Vol. 2, No. 6. - P. 245247.

76. Wilsona, M. Unified lifetime metrology and photoluminescence imaging of passivation defects for silicon PV / M. Wilsona, J. Lagowskia, P. Edelmana, F. Korsosb,

G. Nadudvarib, Z. Kiss, J. Schmauder, V. Mihailetchic, S. Olibetc // Energy Procedia. -2013. - Vol. 38. - P. 209-215.

77. Korsos, F. Lifetime Characterization of Mc:Si Bricks by Upgraded ^-PCD Technique / F. Korsos, A. Jasz // ECS Transactions. - 2014. - Vol. 60, No.1. P. 12391244.

78. Kiessling, F.-M. Influence of crucible quality on directionally solidified mc-Si ingot properties / F.-M. Kiessling, N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch, W. Kwapil, S. Meyer, St. Riepe, C. Schmid, M. Schumann // Proceedings of the 4th European Conference on Crystal Growth. - 2012. - P. 1-4.

79. Jiang, T. On the low carrier lifetime edge zone in multicrystalline silicon ingots / T. Jiang, X. Yu, L. Wang, X. Gu, D. Yanga // Journal of Applied Physics. Vol. 2014. - Vol. 115, No. 1. - P. 012007-1-5.

80. Zhong, G. Influencing factors on the formation of the low minority carrier lifetime zone at the bottom of seed-assisted cast ingots / G. Zhong, Q. Yu, X. Huang, L. Liu // Journal of Crystal Growth. - 2014. -Vol. 402. - P. 65-70.

81. Buchovska, I. Different nucleation approaches for production of highperformance multi-crystalline silicon ingots and solar cells / I. Buchovska, O. Liaskovskiy, T. Vlasenko, S. Beringov, F.M. Kiessling // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2017. - Vol. 159. - P. 128-135.

82. Wolny, F. Reduced metal contamination from crucible and coating using a silicon nitride based diffusion barrier for the growth of cast quasi-single crystalline silicon ingots / F. Wolny, A. Krause, M. Muller, G. Fischer, H. Neuhaus // Journal of Crystal Growth. - 2019. - Vol. 514. - P. 49-53.

83. Hu, D. Grain boundary engineering of high performance multicrystalline silicon: Control of iron contamination at the ingot edge / D. Hu, S. Yuan, X. Yu, L. He, Y. Xu, X. Zhang, D. Yang // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2017. - Vol. 171. - P. 131-135.

84. Пустоваров, В.А. Люминесценция твердых тел / В.А. Пустоваров. -Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2017. — 128 с.

85. Herlufsen, S. Camera-based photoluminescence lifetime imaging of crystalline silicon wafers / S. Herlufsen, J. Schmidt, D. Hinken, K. Bothe, R. Brendel // Proceeding of 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. - 2015. - P. 1-5.

86. Eikelboom, J.A. Microwave detection of minority carriers in solar cell silicon wafers / J.A. Eikelboom, C. Leguijt, C.F.A. Frumau, A.R. Burgers // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 1995. - Vol. 36. - P. 169-185.

87. Giesecke, J.A. Minority carrier lifetime imaging of silicon wafers calibrated by quasi-steady-state photoluminescence / J.A. Giesecke, M.C. Schubert, B. Michl, F. Schindler, W. Warta // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2011. - Vol. 95. - P. 1011-1018.

88. Giesecke, J.A. Self-sufficient minority carrier lifetime in silicon from quasi-steady-state photoluminescence / J.A. Giesecke, M.C. Schubert, W. Warta // Physica Status Solidi A. - 2012. -Vol. 209, No. 11. - P. 2286-2290.

89. Mitchell, B. Quantifying the effect of minority carrier diffusion and free carrier absorption on photoluminescence bulk lifetime imaging of silicon bricks / B. Mitchell, J. Greulich, T. Trupke // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2012. - Vol. 107. - P. 75-80.

90. Lou, S. Investigation of diffusion length distribution on polycrystalline silicon wafers via photoluminescence methods / S. Lou, H. Zhu, S. Hu, C. Zhao, P. Han // Scientific Reports. - 2015. - Vol. 5, No. 14084. - P. 1-10.

91. Baek, D. Diffusion length and resistivity distribution characteristics of silicon wafer by photoluminescence / D. Baek, J. Lee, B. Choi // Materials Research Bulletin. - 2014. - Vol. 58. - P. 157-163.

92. Trupke, T. Photoluminescence imaging of silicon wafers / T. Trupke, R.A. Bardos, M.C. Schubert, W. Warta // Applied Physics Letters. - 2006. - Vol. 89. - P. 044107-1-3.

93. Chung, D. Lifetime Imaging on Silicon Bricks Using the Ratio of Photoluminescence Images With Different Excitation Wavelengths / D. Chung, B. Mitchell, M.K. Juhl, M. Abbott, T. Trupke // IEEE Journal of Photovoltaics. - 2018. -Vol. 8, No. 4. - P. 943-951.

94. Trupke, T. Photoluminescence Imaging for Photovoltaic Applications / T. Trupke, B. Mitchell, J.W. Weber, W. McMillan, R.A. Bardos, R. Kroeze // Energy Procedia. - 2012. - Vol. 15. - P. 135-146.

95. Fuyuki, T. One shot mapping of minority carrier diffusion length in polycrystalline silicon solar cells using electroluminescence / T. Fuyuki, H. Kondo, Y.

Kaji, T. Yamazaki, Y. Takahashi, Y. Uraoka // Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference. - 2005. - P. 1343-1345.

96. Hinken, D. Experimental setup for camera-based measurements of electrically and optically stimulated luminescence of silicon solar cells and wafers / D. Hinken, C. Schinke, S. Herlufsen, A. Schmidt, K. Bothe, R. Brendel // Review of Scientific Instruments. - 2011. - Vol. 82, No. 3. - P. 1-9.

97. Michl, B. Imaging Techniques for Quantitative Silicon Material and Solar Cell Analysis / B. Michl, M. Padilla, I. Geisemeyer, S.T. Haag, F. Schindler, M.C. Schubert, W. Warta // IEEE Journal of Photovoltaics. - 2014. - Vol. 4, No. 6. -P. 15021510.

98. Марычев, М.О. Практическое руководство по оптической спектроскопии твердотельных наноструктур и объёмных материалов / М.О. Марычев, А.П. Горшков. - Нижний Новгород: НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2007. -89 с.

99. Paranthaman, M.P. Semiconductor Materials for Solar Photovoltaic Cells / M.P. Paranthaman, W. Wong-Ng, R.N. Bhattacharya. - Luxembourg: Springer, 2016. -218 p.

100. Pohlen, M. Effective quality sorting of as-cut multicrystalline and cast-mono wafers using an in-line PL imaging system/ M. Pohlen // Meyer Burger Article PV Production Annual 2013. - 2013 - P. 1-8.

101. Rueland, E. Optical p-crack detection in combination with stability testing for inline-inspection of wafers and cells / E. Rueland, A. Herguth, A. Trummer, S. Wansleben, P. Fath // Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference. - 2005. - P. 1-4.

102. Demant, M. Detection and analysis of microcracks in multi-crystalline silicon wafers during solar cell production / M. Demant; S. Rein; J. Krisch; S. Schoenfelder; C. Fischer; S. Bartsch; R. Preu // 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. - 2011. - P. 1-6.

103. Funke, C. Impurities, inclusions, and dislocations in multicrystalline silicon grown from well-mixed and poorly mixed melts / C. Funke, E. Schmid, G. Gartner, S.

Reibenweber, W. Futterer, A. Poklad, L. Raabe, O. Patzold, M. Stelter // Journal of Crystal Growth. - 2014. - Vol. 401. - P. 732-736.

104. Randle, V. Microtexture Determination and its Applications / V. Randle. -London: Maney, 2003. - 138 p.

105. Stoffers, A. Grain boundary segregation in multicrystalline silicon: correlative characterization by EBSD, EBIC, and atom probe tomography / A. Stoffers, O. Cojocaru-Miredin, W. Seifert, S. Zaefferer, S. Riepe, D. Raabe // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. - 2015. - Vol. 23, No. 12. - P. 1742-1753.

106. Chuang, L.-C. In situ observation of interaction between grain boundaries during directional solidification of Si / L.-C. Chuang, K. Maeda, H. Morito, K. Shiga, W. Miller, K. Fujiwara // Scripta Materialia. - 2018. - Vol. 148. - P. 37-41.

107. Hayama, Y. 3D visualization and analysis of dislocation clusters in multicrystalline silicon ingot by approach of data science / Y. Hayama, T. Matsumoto, T. Muramatsu, K. Kutsukake, H. Kudo, N. Usami // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2019 - Vol. 189. - P. 239-244.

108. Lehmann, T. Laue scanner: A new method for determination of grain orientations and grain boundary types of multicrystalline silicon on a full wafer scale / T. Lehmann, M. Trempa, E. Meissner, M. Zschorsch, C. Reimann, J. Friedrich // Acta Materialia. - 2014. - Vol. 69. - P. 1-8.

109. Flo, A. Distribution of radiative crystal imperfections through a silicon ingot / A. Flo, I. Burud, K. Kvaal, R. Sondena, E. Olsen // AIP Advances. - 2013. - Vol. 3, No. 11. - P. 112120-1-9.

110. Drozdov, N.A. Recombination radiation on dislocations in silicon / N.A. Drozdov, A.A. Patrin, V.D. Tkachev // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. - 1976. - Vol. 23, No. 11. - P. 597-599.

111. Kohler, D. Characterization of defect clusters in compensated silicon solar cells / D. Kohler, D. Kiliani, B. Raabe, S. Seren, G. Hahn // Proceedings of the 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. - 2011. - P. 1021-1024.

112. Zeidler, R. Tomographic defect reconstruction of multicrystalline silicon ingots using photoluminescence images of as-cut wafers and solar cells / R. Zeidler, J.

Haunschild, B. Seeber, S. Riepe, H. Hoffler, F. Fertig, I. Reis, S. Rein // Proceedings of the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. -2012. - P. 636641.

113. Кобзарь, А.И. Прикладная математическая статистика / А.И. Кобзарь. - Москва: Физматлит, 2006. - С. 626-628.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Авторы: Серебряков Андрей Евгеньевич (Я11), Беляков Олег Александрович (1111), Суворов Дмитрий Владимирович (1111), Карабинов Сергей Михайлович (1111), Карабинов Андрей Сергеевич

(т

е

НЕШОБ

РЕБОиЯСЕ

ООО «ХЕЛИОС-Ресурс»

ОГРН 1107746982760 ИНН 7735573890 ОКПО 69580117 Юридический адрес:

430001, Республика Мордовия, г. Саранск, ул. Пролетарская, д. 126, полупроводниковый корпус N21. тел. [phone]

Платежные реквизиты

р/с: 40702810300010111269 Банк: Московский филиал ПАО «МЕТКОМБАНК»

к/ с: 30101810945250000200 6ИК: 044525200

№ ЩО от «18» июня 2019 г.

В Диссертационный совет Д 212.211.03 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования Белякова Олега Александровича «Метод трехмерной визуализации внутреннего строения слитка по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин мультикристаллического кремния», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по научной специальности 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной

Настоящим актом подтверждается использование результатов диссертационного исследования Белякова Олега Александровича «Метод трехмерной визуализации внутреннего строения слитка по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин мультикристаллического кремния» в

мультикристаллического кремния для дальнейшего изготовления фотоэлектрических преобразователей в ООО «ХЕЛИОС-Ресурс».

Результаты исследования, изложенные в диссертации, имеют научное и практическое значение. Использование метода визуализации внутренней мультикристаллической структуры слитков позволило проводить детальное

физики

производственном процессе получения слитков и пластин

исследование получаемых кристаллов без их разрушения в короткий срок. Что, в свою очередь, позволяет решать актуальную задачу по получению кристаллов кремния с низким содержанием структурных дефектов для повышения качества производимой продукции.

В целом основные выводы диссертационного исследования Белякова O.A. внедрены в деятельность Общества и постоянно используются в практической деятельности.

Генеральный директор ООО «ХЕЛИОС-Ресурс»

Карабанов A.C.

«УТВЕРЖДАЮ»

АКТ

об использовании материалов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук инженера кафедры «Электронные приборы» Белякова Олега Александровича

Настоящим подтверждаем, что результаты диссертационной работы O.A. Белякова на тему «Метод трехмерной визуализации внутренней структуры слитка мультикристаллического кремния по изображениям фотолюминесценции поверхности пластин» использованы при выполнении следующих научно-исследовательских (опытно-конструкторских) работ:

- НИР № 8-17 Г по теме «Разработка технологии производства высокочистого кремния для солнечной энергетики на основе плазмохимической очистки и магнитогидродинамического перемешивания» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы» (Соглашение № 14.577.21.0263 от 26.09.2017, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57717X0263),

- НИОКР № 26-17 по теме «Разработка технологии производства высокочистого кремния для солнечной энергетики на основе плазмохимической очистки и магнитогидродинамического перемешивания» в рамках договора №26-17 от 13.12.2017 и договора о софинансировании и дальнейшем использовании результатов исследований №586-24 от 26.09.2017.

Научный руководитель НИР 8-17 Г г.н.с, д.т.н

С.М. Карабанов

Научный руководитель НИР 26-17 в.н.с, к.т.н

Д.В. Суворов