專利名稱：?jiǎn)尉Ч梃T錠的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能級(jí)單晶硅的制作方法，特別涉及一種集成了直拉法單晶硅和鑄錠多晶硅優(yōu)點(diǎn)的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前太陽能級(jí)單晶硅主要是用直拉法(CZ法)或區(qū)熔法(FZ法)生產(chǎn)的。直拉法通過籽晶引晶縮頸等步驟從熔融硅池中緩慢拉出。對(duì)于FZ法，固體材料進(jìn)料通過熔融區(qū)并在熔融區(qū)的另一側(cè)重新固化。按這些方式制造的單晶硅包含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，例如線缺陷、氧致堆垛層錯(cuò)環(huán)和間隙的“漩渦”缺陷或空位簇。CZ法被用作主要的單晶硅生長(zhǎng)方式，因?yàn)槠淇梢杂脕碇谱鞲咝У奶柲茈姵?。但是在成本上，CZ法太過昂貴。
對(duì)于鑄造多晶硅而言，熔融硅容納在石英陶瓷坩堝中，并通過控制的方式冷卻，從而使其中的硅結(jié)晶。這種方式生產(chǎn)的多晶硅為晶粒的團(tuán)聚，在由此制成的晶片之內(nèi)，晶粒彼此間的取向?qū)嶋H上是隨機(jī)的。常規(guī)的多晶硅中的晶粒的隨機(jī)取向使得難以對(duì)所得到的晶片表面進(jìn)行紋飾。紋飾是用于通過減少光反射和提高透過電池表面光能的吸收來提高電池的效率。此外，多晶硅晶粒之間的晶界上形成“扭折”傾向于以簇或位錯(cuò)線形式成為結(jié)構(gòu)缺陷的核。這些位錯(cuò)和它們的吸雜效應(yīng)引起多晶硅制成的電池中載流子的快速復(fù)合，造成電池效率的降低。鑒于多晶硅的成本較低，以及電池加工中有效地缺陷鈍化消除電池片表面的懸掛鍵，多晶硅普遍用于太陽能電池。底部籽晶法是坩堝下降法和助熔劑法的結(jié)合，一般用于生產(chǎn)非一致熔融化合物單晶。通過對(duì)其與鑄錠爐的結(jié)構(gòu)與原理分析，提出了新的類似多晶硅鑄造法生長(zhǎng)單晶硅的方式底部籽晶法生長(zhǎng)單晶硅。此方法解決了使用平底坩堝熔化硅料時(shí)可能產(chǎn)生的籽晶熔化控制及漂浮難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，以制備出具有大晶粒、晶粒的晶向一致的太陽能級(jí)單晶硅。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，包括以下步驟A、將籽晶按照相同晶向放置于坩堝底部的籽晶槽中，然后向坩堝中加入多晶硅料和摻雜劑將籽晶覆蓋；B、將坩堝置于鑄錠爐中，抽真空后通入氬氣，在氬氣保護(hù)下加熱熔化籽晶上方的多晶硅料和摻雜劑，并使靠近多晶硅料和摻雜劑的部分籽晶熔化，形成硅熔體；C、采用坩堝下降法促使硅熔體由底部向上定向凝固，由未熔化的籽晶誘導(dǎo)準(zhǔn)單晶的生長(zhǎng)，最終形成單晶娃鑄淀；D、冷卻，取錠。
所述的籽晶的晶向?yàn)椤?00〉。所述的籽晶槽從坩堝底部向下方伸出，放置于籽晶槽中的籽晶的高度高于籽晶槽的高度。所述的籽晶槽的形狀為立方體形或圓柱體形，相應(yīng)的籽晶的形狀為立方體形或圓柱體形。所述的坩堝是具有氮化硅涂層的石英陶瓷坩堝。所述的摻雜劑為硼、磷或者鎵。步驟B中所述的抽真空的真空度控制 在5Pa以下，加熱溫度為加熱到1550°C。步驟C中所述的坩堝下降法定向凝固時(shí)，坩堝下降的速度控制在5-15_/h，并在坩堝底部采用循環(huán)水冷卻。所述的籽晶的高度比籽晶槽的高度高出8-10mm。所述的坩堝為立方體形或圓柱體形，其底部設(shè)有向下凹進(jìn)的漏斗形結(jié)構(gòu)；所述的籽晶槽連接在該漏斗形結(jié)構(gòu)的斗底。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特
占-
^ \\\ I、使用底部籽晶法生長(zhǎng)單晶硅，相比鑄造多晶硅具有更小的晶界密度，更大的晶粒，更一致的晶粒取向；2、相比直拉法單晶硅，具有更低的能耗，能大的產(chǎn)量；3、由于沒有使用石英坩禍，氧含量比直拉單晶硅少，降低了光衰減；4、晶界密度的降低使堿醇混合腐蝕液可以對(duì)硅片進(jìn)行各向異性的腐蝕，使硅片表面具有絨面結(jié)構(gòu)(陷光結(jié)構(gòu))，可有效增強(qiáng)硅片對(duì)入射太陽光的吸收，從而提高光生電流。


圖I為本發(fā)明中采用的坩堝及放置于坩堝中的籽晶和多晶硅料的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例II)將無位錯(cuò)的原料單晶硅塊作為籽晶3放入坩堝I的籽晶槽2內(nèi)，坩堝選用氮化娃涂層的方形石英陶瓷i甘禍，i甘禍主體為450Kg級(jí)840mm*840mm*400mm,確定籽晶〈100〉晶向豎直向上；再將450Kg多晶硅4置于原料單晶硅塊3之上，并加入P型摻雜劑硼，使摻雜后的晶體電阻率保持在I. 5-2 Q cm。2)將鑄錠爐爐室抽成真空后直接通入氬氣。調(diào)整坩堝的位置，使得摻雜劑、多晶硅和靠近多晶硅的部分籽晶受熱；逐漸加熱到1412°C以上使得多晶硅開始融化，并保持溫度在1412°C以上一段時(shí)間，使得摻雜劑、多晶硅和靠近多晶硅的部分原料單晶硅塊融化成液體以形成硅熔體，而坩堝底部籽晶槽內(nèi)的籽晶不融化。每隔一小時(shí)用石英棒測(cè)量長(zhǎng)晶情況。3)用循環(huán)冷卻水冷卻坩堝底部，使得硅熔體的熱交換主要發(fā)生在坩堝底部，同時(shí)以5-15mm/h的速度下降坩堝，爐溫由1550°C降至1450°C，使得硅熔體從底部向上逐漸定向凝固，由于坩堝底部保留有未融化的部分單晶硅，在此作為籽晶誘導(dǎo)生長(zhǎng)，從而生長(zhǎng)出單晶硅鑄錠。4)冷卻，取錠。晶體生長(zhǎng)結(jié)束后進(jìn)行1100°C退火，逐漸降低加熱功率，700°C后停止加熱，晶錠自然冷卻。實(shí)施例2I)將無位錯(cuò)的原料單晶硅塊作為籽晶3放入坩堝I的籽晶槽2內(nèi)，坩堝選用氮化硅涂層的圓形石英陶瓷坩堝，坩堝主體為60Kg級(jí)18英寸坩堝，高度為450mm，確定籽晶<100>晶向豎直向上；再將50Kg多晶硅4置于原料單晶硅3塊之上，并加入P型摻雜劑硼，使摻雜后的晶體電阻率保持在I. 5-2 Q cm。2)將鑄錠爐爐室抽成真空后直接通入氬氣。調(diào)整爐內(nèi)坩堝的位置，使得摻雜劑、多晶硅和靠近多晶硅的部分籽晶受熱；逐漸加熱到1412°C以上使得多晶硅開始融化，并保持溫度在1412°C以上一段時(shí)間，使得摻雜劑、多晶硅和靠近多晶硅的部分原料單晶硅塊融化 成液體以形成硅熔體，而坩堝底部籽晶槽內(nèi)籽晶不融化。每隔一小時(shí)用石英棒測(cè)量長(zhǎng)晶情況。3)用循環(huán)冷卻水冷卻坩堝底部，使得硅熔體的熱交換主要發(fā)生在坩堝底部，同時(shí)以5-15mm/h的速度下降坩堝，爐溫由1550°C降至1450°C，使得硅熔體從底部向上逐漸定向凝固，由于坩堝底部保留有未融化的部分單晶硅，在此作為籽晶誘導(dǎo)生長(zhǎng)，從而生長(zhǎng)出鑄造
單晶娃。4)冷卻，取錠。晶體生長(zhǎng)結(jié)束后進(jìn)行1100°C退火，逐漸降低加熱功率，700°C后停止加熱，晶錠自然冷卻。單晶硅錠取出后經(jīng)過開方、檢測(cè)、去頭尾，制成小方錠。通過切方可以看到由底部籽晶法生長(zhǎng)的單晶硅晶界密度小，晶粒沿豎直方向生長(zhǎng)，其方錠表面的晶粒面積花紋面積集中在60-80mm2區(qū)間內(nèi)的占90%。對(duì)用本發(fā)明生產(chǎn)的單晶硅片進(jìn)行少子壽命檢測(cè)，壽命集中在3-7 u s范圍內(nèi)，平均壽命為4 y S。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟 A、將籽晶按照相同晶向放置于坩堝底部的籽晶槽中，然后向坩堝中加入多晶硅料和摻雜劑將籽晶覆蓋； B、將坩堝置于鑄錠爐中，抽真空后通入氬氣，在氬氣保護(hù)下加熱熔化籽晶上方的多晶硅料和摻雜劑，并使靠近多晶硅料和摻雜劑的部分籽晶熔化，形成硅熔體； C、采用坩堝下降法促使硅熔體由底部向上定向凝固，由未熔化的籽晶誘導(dǎo)準(zhǔn)單晶的生長(zhǎng)，最終形成單晶硅鑄錠； D、冷卻，取錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的籽晶的晶向?yàn)椤?00〉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的籽晶槽從坩堝底部向下方伸出，放置于籽晶槽中的籽晶的高度高于籽晶槽的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的籽晶槽的形狀為立方體形或圓柱體形，相應(yīng)的籽晶的形狀為立方體形或圓柱體形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的坩堝是具有氮化硅涂層的石英陶瓷坩堝。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的摻雜劑為硼、磷或者鎵。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟B中所述的抽真空的真空度控制在5Pa以下，加熱溫度為加熱到1550°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟C中所述的坩堝下降法定向凝固時(shí)，坩堝下降的速度控制在5-15mm/h，并在坩堝底部采用循環(huán)水冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的籽晶的高度比籽晶槽的高度高出8-10mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的坩堝為立方體形或圓柱體形，其底部設(shè)有向下凹進(jìn)的漏斗形結(jié)構(gòu)；所述的籽晶槽連接在該漏斗形結(jié)構(gòu)的斗底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單晶硅鑄錠的生產(chǎn)方法，其步驟包括(1)將籽晶按照相同晶向放置于坩堝底部的籽晶槽中，向坩堝中加入硅料和摻雜劑；(2)熔化籽晶上方的硅料及摻雜劑，并將籽晶部分熔化；(3)采用坩堝下降法促使硅熔體由底部向上定向凝固，由未熔化的籽晶誘導(dǎo)準(zhǔn)單晶的生長(zhǎng)，最終形成單晶硅鑄錠。本發(fā)明得到的單晶硅具有位錯(cuò)密度少、氧致堆垛層錯(cuò)少、晶向一致性佳的特點(diǎn)，可以滿足單晶硅太陽能電池的制絨制程，將單晶硅片沿晶向腐蝕成金字塔狀的絨面，增加電池對(duì)光的吸收率。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102732943SQ201110083260
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者張?jiān)赋? 張瀅清, 朱旭, 李宏軍, 李紅波, 董海成 申請(qǐng)人:上海太陽能工程技術(shù)研究中心有限公司