采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直接從硅溶液形成硅片的制作設(shè)備及其控制方法，尤其涉及一種采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅材料一直是半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用最廣的材料之一，隨著光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能級的硅材料需求量不斷增加。主流的P型單晶硅太陽能電池的效率平均為20?22%，主流的P型多晶硅太陽能電池的效率平均為17?19%。厚度為180?200 μ m的硅片主要是采用線切割的工藝實現(xiàn)，經(jīng)過鑄錠或單晶拉制、開方和切片后，實際使用的硅片材料只占到硅原材料的約35 %，材料損失高達(dá)約65 %。
[0003]采用一種直接從硅熔液形成硅片的技術(shù)，不僅可以減少工藝流程，降低硅片的單位能耗，同時可以極大的提高制作硅片的過程中硅材料的利用率。目前，國際上從硅熔液中連續(xù)生長硅帶的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，但是由于設(shè)備及工藝的控制難度較高，仍未能實現(xiàn)在硅太陽能電池領(lǐng)域的大規(guī)模推廣。其他從硅熔液中形成硅片的技術(shù)，目前仍處于實驗室研發(fā)階段，未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備及其控制方法，能夠采用氧化層輔助的從硅熔液中直接形成可用的硅片，避免浪費(fèi)硅料，可操作性強(qiáng)，硅片表面帶有氧化層，可有效緩解硅片應(yīng)力，并且有助于形成溫和的過冷環(huán)境，對于形成無位錯硅片具有很好的優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液的石英坩禍，所述石英坩禍的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器，其中，所述石英坩禍的上方設(shè)有薄石英管，所述薄石英管的一端開口向下，另一端固定在夾持器上，所述夾持器和驅(qū)動電機(jī)相連并可帶動薄石英管一起旋轉(zhuǎn)升降，所述薄石英管內(nèi)設(shè)有氣冷腔，所述氣冷腔中通有冷卻氣體，所述氣冷腔的底部設(shè)有微細(xì)氣孔，所述氣冷腔的底部位于薄石英管開口端的上方，所述薄石英管的一側(cè)設(shè)有激光切割器，另一側(cè)設(shè)有硅片承接板。
[0006]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備，其中，所述薄石英管壁厚I?3mm，直徑為 10 ?30cm。
[0007]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備，其中，所述微細(xì)氣孔均勻分布于整個氣冷腔底面，所述微細(xì)氣孔的孔徑范圍為I?20 μ m。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提供一種上述采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備的控制方法，包括如下步驟:a)先利用加熱器將石英坩禍中的硅加熱熔化，然后向氣冷腔通入惰性氣體和氧氣的混合冷卻氣體山)將薄石英管向下的開口端浸入硅液面，使得氣冷腔的底部距離硅液面I?5cm ；c)硅液在薄石英管的開口端處冷卻形成硅片，硅片上方形成氧化層；d)控制夾持器帶動旋轉(zhuǎn)薄石英管，并將薄石英管緩慢向上提升，使得硅片液面；e)待硅片位置與激光切割器位置吻合時，啟動激光切割器對硅片處的薄石英管進(jìn)行切割，薄石英管以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保證薄石英管壁整個周長范圍內(nèi)均勻的切割，使得硅片脫落至硅片承接板上，并連同硅片承接板一起移出至爐體外。
[0009]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟a)中硅加熱熔化后，穩(wěn)定在1417?1423°C并保持2?3小時，所述混合冷卻氣體的氣壓為100?100Pa0
[0010]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟a)的混合冷卻氣體中，氧氣所占的重量百分含量為0.5%?5%;所述步驟c)中控制氧化層的厚度范圍為10?200 μ m，控制硅片的厚度為100?200 μ m。
[0011]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟d)中控制薄石英管的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為lOOrpm，向上提升速率為lmm/s。
[0012]上述的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟e)中保持薄石英管的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為lOOrpm，控制激光切割器的切割縫小于0.5_。
[0013]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備及其控制方法，采用薄石英管作為硅片成型限邊，由氣冷腔底端的微細(xì)氣孔噴出的氧化氣流接觸硅液面，熱量由氣冷腔帶走，采用激光切割薄石英管壁使得形成的硅片脫落，從而避免浪費(fèi)硅料，硅片表面帶有氧化層，可有效緩解硅片應(yīng)力，并且有助于形成溫和的過冷環(huán)境，對于形成無晶向位錯硅片具有很好的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的硅片制作設(shè)備中的提取單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的硅片制作設(shè)備中的氣冷腔底面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:
[0018]I驅(qū)動電機(jī)2混合氣體進(jìn)出口 3定位導(dǎo)軌
[0019]4夾持器5薄石英管6硅片承接板
[0020]7硅片轉(zhuǎn)運(yùn)腔 8加熱器9熔融硅液
[0021]10硅片11通氣管12激光切割器
[0022]13氣冷腔14固定立柱15爐體
[0023]16石英坩禍17氧化層18固定螺桿
[0024]19微細(xì)氣孔
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0026]圖1為本發(fā)明的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]請參見圖1，本發(fā)明提供的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備，包括爐體15，所述爐體15內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液9的石英坩禍16，所述石英坩禍16的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器8，其中，所述石英坩禍16的上方設(shè)有薄石英管5，所述薄石英管5的一端開口向下，另一端固定在夾持器4上，所述夾持器4和驅(qū)動電機(jī)I相連并可帶動薄石英管5 —起旋轉(zhuǎn)升降；所述薄石英管5內(nèi)設(shè)有氣冷腔13，所述氣冷腔13中通有冷卻氣體，所述氣冷腔13的底部設(shè)有微細(xì)氣孔19，所述氣冷腔13的底部位于薄石英管5開口端的上方，所述薄石英管5的一側(cè)設(shè)有激光切割器12，另一側(cè)設(shè)有硅片承接板6。
[0028]本發(fā)明提供的采用氧化層輔助的硅片制作設(shè)備，其中，所述薄石英管5壁厚I?3mm，直徑為10?30cm ;所述夾持器4和驅(qū)動電機(jī)I相連并可帶動薄石英管5 —起旋轉(zhuǎn)升降形成硅片提取單元，如圖2所示。驅(qū)動電機(jī)I和爐體15可直接固定在固定立柱14上，爐體15上部的副腔室中可設(shè)置定位導(dǎo)軌3 ;夾持器4和薄石英管5可通過固定螺桿18相連。薄石英管5內(nèi)的氣冷腔