專利名稱：111晶向鑄錠硅單晶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種<111>晶向鑄錠硅單晶及其制備方法。
背景技術(shù)：
光伏電池所用硅單晶都為<100>晶向，以在后續(xù)的堿制絨過(guò)程中獲得金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。所用<100>晶向硅單晶均采用CZ法或FZ法制備。通過(guò)籽晶誘導(dǎo)來(lái)獲得鑄錠單晶是近年來(lái)新興的一種單晶制備方法，已申請(qǐng)的相關(guān)專利有(1)專利CN20091015^70. 2 中提到采用<100>單晶硅作為籽晶來(lái)誘導(dǎo)生長(zhǎng)柱狀大晶粒的晶體硅，認(rèn)為該種工藝能明顯減少或消除當(dāng)前普通鑄錠多晶硅中能導(dǎo)致電池效率降低的晶界含量。( 專利 CN200910099991.2中該發(fā)明者提到采用定向凝固的方法來(lái)制備摻鍺的單晶硅。(3)專利 CN20101(^84738.7中發(fā)明者提出將中心開(kāi)孔的石英片置于坩堝底部，石英片為梯形體結(jié)構(gòu)，可節(jié)省籽晶用量。生長(zhǎng)出來(lái)的是<100>晶向單晶。上述專利所采用的籽晶均為<100>晶向，其目的是為了適應(yīng)后續(xù)的堿制絨工藝， 以方便獲得金字塔型的絨面結(jié)構(gòu)。但依靠<100>籽晶來(lái)誘導(dǎo)鑄錠單晶體的生長(zhǎng)并不能獲得高比例的單晶，據(jù)目前的報(bào)道，誘生單晶的比例很難超過(guò)80%。究其原因，<100>作為硅晶體的非優(yōu)先生長(zhǎng)方向，在晶體生長(zhǎng)的中后期，處于坩堝邊緣位置的部分容易讓位于<111> 晶向生長(zhǎng)。由于(111)晶面是硅晶體的原子密排面，晶面能量結(jié)合能最高，在普通的多晶鑄錠工藝中，(111)晶面的晶粒比例高達(dá)80 95%。因此，如果采用<111>晶向的籽晶來(lái)誘導(dǎo)，可獲得單晶比例高達(dá)95 %以上的鑄錠單晶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種獲得單晶比例高達(dá)95%以上的鑄錠單晶硅的制備方法，單晶硅的晶體取向?yàn)?lt;111>晶向，能有效解決<100>晶向難以獲得高比例鑄錠單晶硅的難題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種<111>晶向鑄錠硅單晶，所述的鑄錠硅單晶的單晶比例大于或等于95%。所述的<111>晶向鑄錠硅單晶的制備方法包括以下步驟1)將<111>晶向單晶硅塊緊密排列，鋪滿坩堝底部，然后依次將硅料、摻雜元素原料、硅料置于坩堝中；2)抽取真空，通入惰性氣體，邊抽真空邊通入惰性氣體；3)加熱坩堝，使<111>晶向的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；4)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，<111>晶向單晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到<111>晶向的鑄錠單晶硅。所述的步驟2)中通入的惰性氣體為N2或Ar。本發(fā)明的有益效果是能得到單晶比例高達(dá)95%以上的鑄錠單晶，能顯著降低用于制造太陽(yáng)能電池的單晶硅成本，由<111>晶向的籽晶誘導(dǎo)生成的鑄錠單晶切片后能使用于酸制絨工藝，制成的絨面能滿足電池片的光反射率要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將尺寸為165X 165mm的<111>單晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，單晶硅塊厚 20mm。將硅料120kg置于單晶硅塊上面，摻入20mg的摻雜劑硼，再加入120kg硅料，實(shí)現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護(hù)氣體。設(shè)計(jì)熱場(chǎng)，使?fàn)t膛內(nèi)的硅料部分溫度達(dá)到 14200C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)<111>單晶硅與硅料接觸部分熔化10mm，與石英坩堝接觸的IOmm保持不熔化。最后，開(kāi)啟保溫罩，使硅熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠<111>晶向籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到單晶硅比例達(dá)到98%的鑄錠單晶。本實(shí)施例得到的鑄錠單晶開(kāi)方切片后，采用酸制絨工藝，得到的電池片的平均轉(zhuǎn)換效率比由<100>籽晶誘導(dǎo)得到的鑄錠單晶高，比<100>酸制絨的高1. 6%，比<100>堿制絨的高1%。實(shí)施例2將尺寸為150X 150mm的<111>單晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，單晶硅塊厚 40mm。將硅料120kg置于單晶硅塊上面，摻入20mg的摻雜劑硼，再加入120kg硅料，實(shí)現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護(hù)氣體。設(shè)計(jì)熱場(chǎng)，使?fàn)t膛內(nèi)的硅料部分溫度達(dá)到 1410°C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)<111>單晶硅與硅料接觸部分熔化20mm，與石英坩堝接觸的20mm保持不熔化。最后，開(kāi)啟保溫罩，使硅熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠<111>晶向籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到單晶硅比例達(dá)到100%的鑄錠單晶。本實(shí)施例得到的鑄錠單晶開(kāi)方切片后，采用酸制絨工藝，得到的電池片的平均轉(zhuǎn)換效率比由<100>籽晶誘導(dǎo)得到的鑄錠單晶高，比<100>酸制絨的高1. 7%，比<100>堿制絨的高1. 1%。以上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種<111>晶向鑄錠硅單晶，其特征在于所述的鑄錠硅單晶的單晶比例大于或等于 95%。
2.—種<111>晶向鑄錠硅單晶的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將<111>晶向單晶硅塊緊密排列，鋪滿坩堝底部，然后依次將硅料、摻雜元素原料、 硅料置于坩堝中；2)抽取真空，通入惰性氣體，邊抽真空邊通入惰性氣體；3)加熱坩堝，使<111>晶向的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；4)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，<111>晶向單晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到<111>晶向的鑄錠單晶硅。
3.如權(quán)利要求2所述的<111>晶向鑄錠硅單晶的制備方法，其特征在于所述的步驟 2)中通入的惰性氣體為N2或Ar。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種晶向鑄錠硅單晶及其制備方法，包括以下步驟1)將晶向單晶硅塊緊密排列，鋪滿坩堝底部，然后依次將硅料、摻雜元素原料、硅料置于坩堝中；2)抽取真空，通入惰性氣體，邊抽真空邊通入惰性氣體；3)加熱坩堝，使晶向的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；4)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，晶向單晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到晶向的鑄錠單晶硅。本發(fā)明能得到單晶比例高達(dá)95％以上的鑄錠單晶，能顯著降低用于制造太陽(yáng)能電池的單晶硅成本。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102206857SQ20111011169
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月30日
發(fā)明者劉振淮, 張志強(qiáng), 熊震, 黃強(qiáng), 黃振飛 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司