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      一種多晶硅晶體的生長工藝的制作方法

      文檔序號:9612225閱讀:1184來源:國知局
      一種多晶硅晶體的生長工藝的制作方法
      【技術領域】
      [0001]本發(fā)明屬于太陽能光伏技術領域,尤其涉及一種多晶硅晶體的生長工藝。
      【背景技術】
      [0002]隨著全球各國對可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保能源的不斷關注,清潔能源已成為各國能源領域研究的重要議題,這其中太陽能發(fā)電是最主要的方向之一。太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電,而通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電,簡稱“光電”。光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。而太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池片,有單晶娃、多晶娃、非晶硅和薄膜電池等。其中,單晶硅和多晶硅電池用量最大。
      [0003]單晶硅是指硅原子在三維空間有規(guī)律周期性的不問斷排列,形成一個完整的晶體材料,材料性質(zhì)體現(xiàn)各向異性,即在不同的晶體方向各種性質(zhì)都存在差異;多晶硅是指由兩個以上尺寸不同的單晶硅組成的硅材料,它的材料性質(zhì)體現(xiàn)的是各向同性。而多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料,因而自然也是全球光伏產(chǎn)業(yè)的基石。
      [0004]多晶硅的生產(chǎn)通常是采用多晶硅鑄造技術,這種鑄造技術生產(chǎn)的多晶硅錠具有厘米級大晶粒、柱狀晶粒結(jié)構(gòu)、電阻率均勻性好、雜質(zhì)含量低等特點。業(yè)內(nèi)經(jīng)過多年的研究開發(fā),已出現(xiàn)多種多晶硅鑄造技術,目前多晶硅鑄錠的鑄造技術主要采用的是定向凝固法,而在多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中主要是經(jīng)過五個重要階段硅料加熱、硅料熔化、硅錠生長、硅錠退火和硅錠冷卻。眾所周知的,多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程是一個復雜的步驟,每一步都會影響到后續(xù)多晶硅電池的品質(zhì),其中影響多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率的因素有電阻率、少子壽命和晶粒大小。因而,多晶娃鑄淀技術的關鍵就在于要獲得定向排列的柱狀晶,晶粒尺寸要大,獲得較長的少子壽命,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但是由于整體過程的復雜性和大規(guī)模生產(chǎn)中的不可控因素,都會造成多晶硅晶體材料中的各種缺陷,如空位、孿晶、裂紋、晶界、位錯、微觀缺陷和材料中的雜質(zhì)碳和氧,以及工藝過程中玷污的過渡族金屬等等,這些都會影響到最終多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率。
      [0005]因此,如何在上述多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中,尋求進一步的改進方法以克服晶體材料上的缺陷提高產(chǎn)品合格率,最大程度的降低生產(chǎn)成本,已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)廠家亟待解決的問題。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]有鑒于此,本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種多晶硅晶體的生長工藝,本發(fā)明的提供多晶硅鑄錠晶體生長工藝,能夠有效的提高電池轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品良率,極大的降低了生產(chǎn)成本。
      [0007]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝,其特征在于,包括,
      [0008]A)將硅料加熱熔化后,在形核初期,在第一溫度的條件下進行晶體生長;
      [0009]B)在長晶初期,在初期長晶速率的條件下進行晶體生長;
      [0010]C)在長晶中期,在中期長晶速率的條件下進行晶體生長;
      [0011]D)在長晶后期,在后期長晶速率的條件下進行晶體生長,得到多晶硅鑄錠;
      [0012]所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。
      [0013]優(yōu)選的,所述初期長晶速率為1.2?1.4cm/h ;所述中期長晶速率為1.1?1.4cm/h ;所述后期長晶速率為0.9?1.2cm/h0
      [0014]優(yōu)選的,所述第一溫度為1420?1430°C ;所述長晶初期的溫度為1420?1440°C ;所述長晶中期的溫度為1405?1435°C ;所述長晶后期的溫度為1405?1420°C。
      [0015]優(yōu)選的,所述形核初期的時間為30?150min ;所述長晶初期的時間為150?240min ;所述長晶中期的時間為630?1140min ;所述長晶后期的時間為780?1020min。
      [0016]優(yōu)選的,所述步驟B)具體為,
      [0017]B1)在長晶初期,進行第一階段晶體生長;
      [0018]B2)在長晶初期,在第二長晶速率的條件下進行第二階段晶體生長。
      [0019]優(yōu)選的,所述第一階段的時間為30?60min,所述第一階段的溫度為1420?1440°C ;
      [0020]所述第二長晶速率為1.2?1.4cm/h,所述第二階段的時間為120?180min,所述第二階段的溫度為1420?1440°C。
      [0021]優(yōu)選的,所述步驟C)具體為,
      [0022]C1)在長晶中期,在第三長晶速率的條件下進行第三階段晶體生長;
      [0023]C2)在長晶中期,在第四長晶速率的條件下進行第四階段晶體生長;
      [0024]C3)在長晶中期,在第五長晶速率的條件下進行第五階段晶體生長;
      [0025]C4)在長晶中期,在第六長晶速率的條件下進行第六階段晶體生長。
      [0026]優(yōu)選的,所述第三長晶速率為1.2?1.4cm/h,所述第三階段的時間為360?480min,所述第三階段的溫度為1415?1435°C ;
      [0027]所述第四長晶速率為1.2?1.3cm/h,所述第四階段的時間為30?180min,所述第四階段的溫度為1410?1430°C ;
      [0028]所述第五長晶速率為1.2?1.3cm/h,所述第五階段的時間為60?180min,所述第五階段的溫度為1410?1430°C ;
      [0029]所述第六長晶速率為1.1?1.2cm/h,所述第六階段的時間為180?300min,所述第六階段的溫度為1405?1425°C。
      [0030]優(yōu)選的,所述步驟D)具體為,
      [0031]D1)在長晶后期,在第七長晶速率的條件下進行第七階段晶體生長;
      [0032]D2)在長晶后期,在第八長晶速率的條件下進行第八階段晶體生長;
      [0033]D3)在長晶后期,進行第九階段晶體生長,得到多晶硅鑄錠。
      [0034]優(yōu)選的,所述第七長晶速率為1.0?1.2cm/h,所述第七階段的時間為240?360min,所述第七階段的溫度為1405?1425°C ;
      [0035]所述第八長晶速率為0.9?1.2cm/h,所述第八階段的時間為420?480min,所述第八階段的溫度為1400?1420°C ;
      [0036]所述第九階段的時間為120?180min,所述第九階段的溫度為1400?1420°C。
      [0037]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝,其特征在于,包括,首先將硅料加熱熔化后,在形核初期,在第一溫度的條件下進行晶體生長;然后在長晶初期,在初期長晶速率的條件下進行晶體生長;其次在長晶中期,在中期長晶速率的條件下進行晶體生長;最后在長晶后期,在后期長晶速率的條件下進行晶體生長,得到多晶硅鑄錠;所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明基于高質(zhì)量晶向(低缺陷密度)的控制與形核環(huán)境關系很大,容易導致形核質(zhì)量不穩(wěn)定,因而,從多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中硅錠生長步驟入手,針對現(xiàn)有的多晶硅鑄錠長晶工藝中存在的速率相同的問題,本發(fā)明對長晶各個階段的長晶速率進行差異性控制,尤其是長晶初期(缺陷形成期間),進而有效的降低了晶體缺陷密度,保證了低缺陷晶體的持續(xù)生長,解決了頭中尾硅片效率差異較大的問題,從而提高整錠良率,降低生產(chǎn)成本。實驗結(jié)果表明,采用本發(fā)明提供的多晶硅晶體的生長工藝,產(chǎn)品平均良率為73%,制備的多晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率為18.05%。
      【附圖說明】
      [0038]圖1為本發(fā)明實施例1制備的多晶硅鑄錠和普通多晶硅鑄錠的少子分布對比圖;
      [0039]圖2為本發(fā)明實施例1制備的多晶硅鑄錠和普通多晶硅鑄錠的晶粒對比圖。
      【具體實施方式】
      [0040]為了進一步理解本發(fā)明,下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述,但是應當理解,這些描述只是為了進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點,而不是對發(fā)明權利要求的限制。
      [0041]本發(fā)明所有原料,對其來源沒有特別限制,在市場上購買的或按照本領域技術人員熟知的常規(guī)方法制備的即可。
      [0042]本發(fā)明所有原料,對其純度沒有特別限制,本發(fā)明優(yōu)選采用分析純。
      [0043]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝,其特征在于,包括,
      [0044]A)將硅料加熱熔化后,在形核初期,在第一溫度的條件下進行晶體生長;
      [0045]B)在長晶初期,在初期長晶速率的條件下進行晶體生長;
      [0046]C)在長晶中期,在中期長晶速率的條件下進行晶體生長;
      [0047]D)在長晶后期,在后期長晶速率的條件下進行晶體生長,得到多晶硅鑄錠;所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。
      [0048]本發(fā)明首先將硅料加熱熔化后,在形核初期,在第一溫度的條件下進行晶體生長;所述第一溫度優(yōu)選為1420?1430 °C,更優(yōu)選為1421?1429 °C,更優(yōu)選為1422?1428 °C,最優(yōu)選為1424?1426°C ;所述形核初期的時間優(yōu)選為30?150min,更優(yōu)選為50?120min,更優(yōu)選為70?lOOmin,最優(yōu)選為80?90min。本發(fā)明對所述形核初期的晶體生長速度不做特別限制,以硅料晶體在上述第一溫度和形核初期時間的條件下進行常規(guī)的生長即可;本發(fā)明對所述晶體生長的其他條件沒有特別限制,以本領域技術人員熟知的硅料晶體生長的條件即可;本發(fā)明對所述晶體生長的設備沒有特別限制,以本領域技術人員晶體生長的設備即可,本發(fā)明優(yōu)選為多晶硅結(jié)晶爐;本發(fā)明對所述形核初期,多晶硅結(jié)晶爐的隔熱籠開度沒有特別限制,本領域技術人員可以根據(jù)溫度控制情況進行自行調(diào)整,本發(fā)明優(yōu)選為10?12cm0
      [0049]本發(fā)明對所述硅料的來源沒有特別限制,以本領域技術人員熟知的硅料來源即可,可以選自市售或按照常規(guī)方法制備;本發(fā)明對所述硅料加熱的過程和設備沒有特別限制,以本領域技術人員熟知的硅料加熱的過程和設備即可,本發(fā)明優(yōu)選為將硅料加熱至1400?1500°C,再進入硅料熔化過程;本發(fā)明對所述硅料熔化的過程和設備沒有特別限制,以本領域技術人員熟知的硅料熔化的過程和設備即可,本發(fā)明優(yōu)選為將硅料溫度控制在1480?1550°C,恒溫進行硅料熔化過程;本發(fā)明對上述硅料加熱和硅料熔化的具體工藝選
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