用于制備具有對稱晶界的硅錠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新的用于制造具有對稱晶界的硅錠的方法。特別是，這樣的錠可有利地有助于通過切割制備無晶界的單晶硅晶片。
[0002]這樣的晶片在制備光伏電池和模塊的情況下是特別有利的。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，光伏電池主要由單晶硅或多晶硅制造。晶體硅的最常見的制備鏈采用從液體硅浴凝固錠。然后將這些錠切割成可被轉(zhuǎn)換成光伏電池的晶片。
[0004]多晶硅錠通常通過熔化硅原料，接著通過定向凝固來制備。該技術(shù)有利地使得使大量的硅結(jié)晶成為可能；且可通過改變坩禍的尺寸來調(diào)節(jié)所制造的錠的尺寸。
[0005]不幸的是，這種高產(chǎn)方法在由此制備的硅錠的結(jié)晶結(jié)構(gòu)方面具有一個主要缺點。事實上，該技術(shù)獲得具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的錠，其特征在于非常大量的不同的結(jié)晶取向和晶粒，而且還在于高密度的位錯，這些位錯在錠中分布不均勻。因此，該方法不能有效地獲得單晶狀(被稱為“類單晶”)硅錠，即非常主要地(特別是90%以上)由單晶材料組成的硅錠。
[0006]若干年前，開發(fā)了通過定向凝固制備具有改進的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的類單晶硅錠的技術(shù)，尤其通過更好地控制成核，如由Fujiwara等人的Growth of structure-controlledpolycrystal 1ine silicon ingots for solar cells by casting,ActaMaterial ia，54 (2006)，3191-3197文獻中描述的，或其他通過使用單晶晶種覆蓋凝固模具的底部，如在文獻 W0 2007/084934、US 2010/0192838、US 2010/0193989、US2010/0193664、TO 2009/014963、US 2010/0197070 和 US 2013/0095028 中提出的。
[0007]然而，使用單晶晶種對于無缺陷的生長是不足的。事實上，為了制備適于工業(yè)坩禍尺寸的類單晶錠，有必要將幾個晶種添加到坩禍的底部。不幸的是，在坩禍的底部彼此靠近放置的晶種，根據(jù)它們的尺寸和它們各自的取向差創(chuàng)建許多晶種邊界，這是類單晶錠中缺陷的來源。事實上，所述存在于坩禍底部的鋪面中的晶種邊界在晶界的形成之后，這可能與結(jié)晶方向不平行，并且其附近的位錯和亞晶界可在通過由在晶種上的再生長的定向凝固獲得的類單晶錠中發(fā)展。
[0008]因此，晶界從硅錠中晶種邊界的初始位置的擴展決不受控制。因此，這些結(jié)晶缺陷可位于所形成的類單晶錠中的不同位置，并且因此位于從切割此錠成磚形物所得的硅晶片中。
[0009]此外，圍繞這些邊界累積的位錯和亞晶界降低了用含有它們的材料制備的電池的光伏特性(電流、形狀因數(shù)、電壓)，并且，因此可證明對于將由這樣的晶片形成的光伏電池的效率是特別不利的。
[0010]因此，仍然需要提供一種使得它可能克服上述缺點的類單晶硅錠的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的特別在于滿足這種需要。
[0012]更具體而言，本發(fā)明提出了一種用于形成類單晶硅錠的新方法，使得它能夠控制晶界在錠的整個高度上的擴展。
[0013]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，其涉及一種用于制造具有對稱晶界的硅錠的方法，其至少包括由以下組成的步驟:
[0014](i)提供具有縱向軸線(Z)的坩禍，其底部包括由直棱柱形狀的單晶硅晶種形成的鋪面(tiling);和
[0015]( ii )通過在與軸線(Z)共線的生長方向的在晶種上的再生長(seeded regrowth)進行娃的定向凝固；
[0016]其特征在于，步驟(i)中的所述鋪面由兩種不同結(jié)晶取向的且以連續(xù)和交替方式被定位的晶種A和B形成，
[0017]晶種A具有相對于由所述晶種A和B之間的邊界所限定的平面P對稱于相鄰晶種B的晶格的晶格。
[0018]特別是，根據(jù)本發(fā)明的方法可以是這樣的:
[0019]-所有或一些晶種是具有長方形-或正方形底部的直塊形狀，
[0020]-晶種的鋪面是網(wǎng)格的形式，尤其是分成正方形或長方形，
[0021]_晶種A的晶格和相鄰晶種B的晶格之間的取向差2 Θ大于4°，特別是大于或等于5°，更特別是介于6°至45°之間，和
[0022]-其中鋪面從相同的晶種獲得，晶種B從晶種A獲得，晶種A圍繞垂直于晶種側(cè)面的向量之一已經(jīng)經(jīng)歷180°角度的旋轉(zhuǎn)。
[0023]根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的方法至少包括由以下組成的步驟:
[0024](i)提供具有縱向軸線(Z)的坩禍，其底部包括由具有正方形或長方形底部的直塊形狀的單晶硅晶種形成的鋪面，所述單晶硅晶種被連續(xù)定位，沿著軸線(Z)看到的所述鋪面呈具有平行于晶種邊緣的正交方向(X)和(y)的網(wǎng)格形式；和
[0025]( ii )通過在與軸線⑵共線的生長方向的在晶種上的再生長進行硅的定向凝固；
[0026]其特征在于，步驟⑴中的鋪面由相同的硅晶種制備，其中沿著方向(X)的兩個相鄰晶種通過軸線(y)上的翻轉(zhuǎn)互為映像且沿著方向(y)的兩個相鄰晶種通過軸線(X)上的翻轉(zhuǎn)互為映像，且兩個相鄰晶種的晶格之間的取向差2 Θ大于4°。
[0027]表述“在軸線(T)上的翻轉(zhuǎn)”，也被稱為軸(T)的正交對稱，被理解為是指圍繞軸線(T)180°的旋轉(zhuǎn)。
[0028]換言之，根據(jù)本發(fā)明，鋪面的兩個相鄰晶種表示為晶種Α和晶種B，是這樣的，晶種B從圍繞垂直于晶種側(cè)面的向量之一已經(jīng)歷了 180°角度的旋轉(zhuǎn)的晶種A得到，換言之在網(wǎng)格形式的鋪面的情況下，圍繞軸線(X)或(y)。
[0029]如在本文的剩余部分中詳細說明的，這樣的實施方案有利地使得能夠保證兩個相鄰晶種A和B的晶格相對于由所述晶種之間的邊界所限定的平面P的對稱性，而沒有必要依靠結(jié)晶取向測量。
[0030]在本文的剩余部分中，除非另有說明，隨后定義的晶種和/或錠和/或晶片特征在于參照軸線(X)，(y)和(z)的正交框架分別對應(yīng)于晶種、錠或晶片的三個主要方向。優(yōu)選地，晶種和/或錠的軸線⑴與坩禍的縱向軸線⑵是共線的。在網(wǎng)格型鋪面的情況下，方向(X)和(y)也對應(yīng)平行于網(wǎng)格的線的方向，隨后也被稱為“鋪面方向”。
[0031]坩禍的縱向軸線表示連接所有所述坩禍的橫截面的質(zhì)心的線(包括坩禍的壁)。縱向軸線可更具體地是坩禍的對稱軸線。
[0032]表述“對稱晶界”被理解為表示在硅的定向凝固結(jié)束時形成的硅錠中存在的平面晶界，并為晶格限定出結(jié)晶對稱平面，所述晶格位于該平面的任一側(cè)。優(yōu)選地，對稱晶界的平面包括與坩禍的軸線(Z)共線的軸。
[0033]表述“直棱柱形狀”當然被理解為指接近于直棱柱形狀的形狀。特別是，鋪在坩禍底部的晶種具有垂直的或基本上垂直(±5°的偏差)的側(cè)壁。此外，除了表面不規(guī)則，晶種的表面近似為平面。
[0034]面向坩禍底部的晶種的整個平面表面在本文的剩余部分將被表示為“晶種的底部”。
[0035]如隨后詳細描述的，晶種的底部可為不同的形狀，特別是正方形或長方形或其它平行四邊形形狀。優(yōu)選地，它是正方形或長方形形狀，晶種則近似為直塊形狀。
[0036]根據(jù)其另一個方面，本發(fā)明涉及一種具有對稱晶界的硅錠，它是根據(jù)這樣的方法獲得的。
[0037]如在下面的實施例中所示的，由于晶界的位置在根據(jù)本發(fā)明方法的錠的制造過程中是如此控制的，根據(jù)一個實施方案變型，在將錠切割成磚形物的過程中則有可能消除這些晶界。因此，由這些磚形物形成的硅晶片有利地為無晶界。
[0038]因此，根據(jù)其又一個方面，本發(fā)明涉及一種用于制造無晶界的單晶硅晶片的方法，包括將如前面所定義的硅錠沿平面P切割成磚形物的步驟。
【附圖說明】
[0039]根據(jù)本發(fā)明得到的硅錠和晶片的其他特征，優(yōu)點和應(yīng)用所述方法的方法在閱讀隨后的本發(fā)明的示例性實施方案的詳細描述，以及閱覽附圖的基礎(chǔ)上將更清楚地顯現(xiàn)，其中:
[0040]-圖1以橫截面