專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高鑄錠單晶硅收率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池領(lǐng)域 ，尤其是一種在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層，來(lái)阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴(kuò)散，以此來(lái)提高鑄錠單晶硅收率的方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)具有特定晶向的籽晶來(lái)誘導(dǎo)生長(zhǎng)鑄錠單晶硅是近年來(lái)在光伏硅電池領(lǐng)域得到了大幅應(yīng)用的一種技術(shù)，已申請(qǐng)的相關(guān)專(zhuān)利有(I)專(zhuān)利US2007/0169685(A1)中提到采用〈100〉單晶硅作為籽晶來(lái)誘導(dǎo)生長(zhǎng)鑄錠單晶硅，認(rèn)為該種工藝能明顯減少或消除缺陷密度，得到晶粒至少大于IOcm的晶錠。(2)專(zhuān)利CN201010284738. 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。(3)專(zhuān)利CN 201010299013. 5中發(fā)明者提出采用〈111〉單晶硅作為籽晶來(lái)誘導(dǎo)生成具有〈111〉晶向的鑄錠單晶娃，由于〈111〉是擇優(yōu)生長(zhǎng)方向，因此能得到高比例的鑄錠單晶。在鑄錠單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，籽晶部分熔化，在剩余籽晶與已熔化硅液的固液界面上會(huì)發(fā)生誘導(dǎo)生長(zhǎng)，所生長(zhǎng)出的類(lèi)單晶晶向與籽晶晶向一致。未熔化部分的籽晶經(jīng)歷了硅料升溫、熔化、長(zhǎng)晶和退火四階段，熱歷史遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于普通鑄錠多晶的底部硅晶體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鑄錠單晶硅的收率(百分比)低于普通鑄錠多晶硅51個(gè)百分點(diǎn)，大大增加了鑄錠單晶硅的生產(chǎn)成本。晶錠底部少子壽命低是造成鑄錠單晶收率低的主要原因。比如，按照少子壽命I微秒為截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)的話(huà)，鑄錠單晶的截?cái)嗔窟_(dá)到5(T60mm，遠(yuǎn)高于普通鑄錠多晶的15 25mm。上述被截?cái)嗖糠中袠I(yè)內(nèi)稱(chēng)之為紅區(qū)，即少子壽命不符合要求的部分。經(jīng)分析，鑄錠單晶紅區(qū)較高的原因主要來(lái)自坩堝底部的雜質(zhì)擴(kuò)散。鑄錠用石英坩堝的純度相對(duì)硅料要低得多，坩堝中的雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入硅晶體，作為少子復(fù)合中心大大地降低少子壽命，雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅晶體的總量與溫度和擴(kuò)散時(shí)間密切相關(guān)，溫度越高，時(shí)間越久，擴(kuò)散進(jìn)入的雜質(zhì)總量越大，形成的低少子壽命區(qū)域越多，晶錠收率越低。鑄錠單晶的剩余籽晶經(jīng)歷的熱歷史較長(zhǎng)，因此被擴(kuò)散進(jìn)入的雜質(zhì)總量較大，往往會(huì)被作為低少子壽命區(qū)域而被截?cái)唷Ｒ虼?控制樹(shù)禍雜質(zhì)向桿晶內(nèi)的擴(kuò)散，對(duì)提聞鑄淀單晶晶淀底部少子壽命、減少底部紅區(qū)的截?cái)嚅L(zhǎng)度、提高晶錠收率有著極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種能夠控制坩堝雜質(zhì)向籽晶內(nèi)的擴(kuò)散，提高鑄錠單晶晶錠底部少子壽命，減少底部紅區(qū)的截?cái)嚅L(zhǎng)度，提高晶錠收率的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，包括以下步驟I)在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層，來(lái)阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴(kuò)散；2)將厚度為5 50 mm的單晶硅塊緊密排列，作為籽晶鋪滿(mǎn)坩堝底部；
3)然后依次將娃料、摻雜元素原料置于坩堝中；4)抽取真空并通入惰性氣體N2或Ar，邊抽真空邊通入惰性氣體；5)加熱坩堝，使作為籽晶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；6)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，籽晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄淀單晶娃。具體的說(shuō)，本發(fā)明所述步驟I)中的雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層為氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋功能的形式。所述的雜 質(zhì)擴(kuò)散阻擋層采用薄膜或硅片，厚度為O. Of 5mm ;采用板材，厚度為5 20mm ;采用粉狀物，松裝厚度為O. 5^20mm ;采用架空，則架空的高度為f20mm。所述的架空是通過(guò)支撐物支撐籽晶來(lái)達(dá)到目的的。本發(fā)明所述的鑄錠單晶是指采用單晶籽晶誘導(dǎo)的方法，在定向凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的單晶。所用的坩堝包括但不局限于常用的石英坩堝。本發(fā)明所述的單晶籽晶是指晶向?yàn)椤?00〉、〈110〉、〈111〉、〈112〉或由上述晶向籽晶混合拼接而成的。本發(fā)明的有益效果是基于對(duì)坩堝底部雜質(zhì)向籽晶內(nèi)部擴(kuò)散的阻擋，在籽晶底部設(shè)置阻擋層；相比未設(shè)置擴(kuò)散阻擋層的鑄錠單晶，本發(fā)明所制備的鑄錠單晶晶錠底部的少子壽命得到了大幅度提高，按相同截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)，晶錠收率提高了 3個(gè)百分點(diǎn)以上(絕對(duì)差值)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I將直徑為6_的氮化娃球密堆積在樹(shù)禍底部,鋪有一層,然后將尺寸為330X 150mm的〈111〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，籽晶硅塊厚40 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg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1420°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20 mm，與石英坩堝接觸的20 mm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)，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有氮化硅球的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截?cái)嗟脑?huà)，本實(shí)施例的底部截?cái)嗔坑稍瓉?lái)的45 mm減少到30 mm，晶錠收率由61%提高到65%。實(shí)施例2將厚度為5mm、寬為10 mm、長(zhǎng)為400 mm的石英條取I 6條,均勻鋪設(shè)在尺寸為800X800X480 mm的坩堝底部，然后把尺寸為400X400 mm的〈100〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英板上，籽晶硅塊厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg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1420°C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)〈100〉單晶硅與硅料接觸部分熔化20_，與石英坩堝接觸的10 _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〈100〉晶向籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有石英條的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截?cái)嗟脑?huà)，本實(shí)施例的底部截?cái)嗔坑稍瓉?lái)的40 mm減少到20 mm,晶錠收率由62%提高到66%。實(shí)施例3將粒徑為O. 05mm的高純硅粉鋪設(shè)在坩堝底部，硅粉的松裝厚度為3 mm,然后把尺寸為400X400 mm的〈110〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，籽晶硅塊厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg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1420°C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)〈110〉單晶硅與硅料接觸部分熔化5 mm，與硅粉接觸的20 mm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〈110〉晶向籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有高純硅粉的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截?cái)嗟脑?huà)，本實(shí)施例的底部截?cái)嗔坑稍瓉?lái)的45 mm減少到25 mm,晶錠收率由61%提高到65. 5%。
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
1.一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于包括以下步驟 1)在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層，來(lái)阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴(kuò)散； 2)將厚度為5 50mm的單晶硅塊緊密排列，作為籽晶鋪滿(mǎn)坩堝底部； 3)然后依次將硅料、摻雜元素原料置于坩堝中； 4)抽取真空并通入惰性氣體N2或Ar，邊抽真空邊通入惰性氣體； 5)加熱坩堝，使作為籽晶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； 6)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，籽晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄淀單晶娃。
2.如權(quán)利要求I所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述步驟I)中的雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層為氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋功能的形式。
3.如權(quán)利要求2所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述的雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層采用薄膜或硅片，厚度為0. Of 5mm ;采用板材，厚度為5 20mm ;采用粉狀物，松裝厚度為0. 5 20mm ;采用架空，則架空的高度為f20mm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述的架空是通過(guò)支撐物支撐籽晶來(lái)達(dá)到目的的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，是通過(guò)控制坩堝底部雜質(zhì)向籽晶擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明基于對(duì)坩堝底部雜質(zhì)向籽晶內(nèi)部擴(kuò)散的阻擋，在籽晶底部設(shè)置阻擋層；阻擋層包括粉狀、薄膜、塊體或空隙隔斷。相比未設(shè)置擴(kuò)散阻擋層的鑄錠單晶，本發(fā)明所制備的鑄錠單晶晶錠底部的少子壽命得到了大幅度提高，按相同截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)，晶錠收率提高了3個(gè)百分點(diǎn)以上(絕對(duì)差值)。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102732948SQ20121020529
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者付少永, 劉振淮, 張馳, 熊震, 陳雪, 黃強(qiáng), 黃振飛 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司