[發(fā)明專利]制造太陽能用硅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680047837.5
• 申請日: 2006-08-09
• 公開（公告）號: CN101341092A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彼得·法思;阿爾布雷希特·莫澤爾
• 申請（專利權(quán)）人: 紹于騰太陽能控股有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C01B33/02;C01B33/021;C01B33/025;B22D27/04;H01L31/00;C30B11/00
• 代理公司: 上海開祺知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 汪克臻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的制造太陽能用硅的方法。

背景技術(shù)

近年來，光電工業(yè)取得了長足發(fā)展。由于目前硅還是制造太陽能電池和太陽能模塊的最重要的原材料，因此，對這種原料的需求也顯著增長。

硅在自然界通常以二氧化硅的形式出現(xiàn)，因而原則上并不存在供給問題。然而，為了能以相當(dāng)?shù)男手圃斐隹捎玫奶柲茈姵?，在從二氧化硅中提取硅的方法中，所需要的硅還必須達(dá)到一定的純度。

與電子工業(yè)中制造處理器、存儲器、晶體管等半導(dǎo)體器件所需的純度相比，光電工業(yè)對制造商用硅太陽能電池，特別是多晶硅太陽能電池，所需硅的純度要求明顯更低。就這種太陽能用硅或所謂太陽級硅主要摻雜的雜質(zhì)(P，B)和金屬而言，其濃度范圍最高為100ppb(十億分率)，碳和氧的濃度范圍最高為幾個(gè)ppm(百萬分率)。

因此，光電工業(yè)的純度要求比電子工業(yè)對其原材料的純度要求大約低100倍。出于這個(gè)原因，以往光電工業(yè)會(huì)對電子工業(yè)的廢料進(jìn)行再處理。但在光電工業(yè)的迅速發(fā)展過程中，其間可供人們使用的這種硅廢料量已無法滿足需求。由此需要一種低成本的制造符合光電工業(yè)(PV工業(yè))要求的硅即太陽能用硅的方法。

對此，過去主要沿用電子工業(yè)所采用的制硅方法。其中，首先用碳對二氧化硅進(jìn)行碳熱還原來制造冶金硅。隨后從冶金硅中提取硅烷。對硅烷提純后，通過化學(xué)方法從硅烷的氣相中分離出硅。接著通常將這些硅熔化，并且為了能在PV工業(yè)進(jìn)行再處理，將其澆鑄成硅塊或者拉制成硅棒。

除了這種高能耗、高成本的方法外，在一些其他方法中還使用這種明顯不純凈的冶金硅作為原材料。冶金硅的純度比太陽能用硅所需滿足的純度要求大約低1000倍。為此需要通過不同的方法步驟對冶金硅進(jìn)行提純。在此過程中使用的主要是冶金法，更確切地說是化學(xué)方法，例如輸送洗氣，特別是具有氧化作用的洗氣，和/或在熔融的冶金硅內(nèi)滲酸和/或添加造渣劑。例如，在歐洲專利EP0867405B1中描述了上述方法。

但上述兩種基本方法都會(huì)將熔體硅澆鑄成可再處理的硅塊。此時(shí)，熔體硅被固化。隨著定向固化，能充分利用熔體硅和固體硅中雜質(zhì)具有不同溶解度這一效應(yīng)。在有大量相關(guān)雜質(zhì)的情況下，雜質(zhì)在液相中的溶解度高于其在固相中的溶解度。因此，能充分利用所謂的偏析效應(yīng)來對硅材料進(jìn)行提純，其中，當(dāng)硅材料定向固化時(shí)，使固化界面或結(jié)晶界面中的雜質(zhì)積聚在固化硅的前面，并從結(jié)晶界面中分離出這部分雜質(zhì)。熔體硅徹底固化后，雜質(zhì)集中在硅塊最后發(fā)生固化的區(qū)域內(nèi)，可以簡單地將其分離出。其中，通過連續(xù)多次熔化和定向固化可改善提純效果。

如上文所述，從硅烷的氣相中分離硅是一種高能耗和高成本的方法。冶金硅的提純雖然在能耗方面比較有利，但為了滿足對太陽能用硅所提出的純度要求，必須實(shí)施多個(gè)提純步驟。

發(fā)明內(nèi)容

因此，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種制造太陽能用硅的方法，其有利于降低制造太陽能用硅的成本。

根據(jù)本發(fā)明，通過一種具有權(quán)利要求1所述技術(shù)特征的方法來解決上述技術(shù)問題。

從屬權(quán)利要求涉及的是有利于改進(jìn)的方案。

本發(fā)明的基本思路是基于提高定向固化的效率，如上文所述，其為目前任何一種有關(guān)制造太陽能用硅的方法的組成部分。其通過在定向固化的過程中形成具有至少一段球面形狀的結(jié)晶界面來實(shí)現(xiàn)。

因此，應(yīng)使結(jié)晶界面具有盡可能大的表面。由于定向固化過程中的提純效果取決于結(jié)晶界面的表面大小，因此，通過這種方式可改善定向固化過程中的提純效果。藉此，可降低太陽能用硅的所需能耗，進(jìn)而降低其制造成本，因?yàn)橥ㄟ^這種方式至少能省去一部分提純步驟。

本發(fā)明的低成本的制造太陽能用硅的方法，其優(yōu)點(diǎn)還在于能有利于由該材料制成的硅片(晶圓)和太陽能電池。因此，較佳的方式是硅片和/或太陽能電池至少部分由根據(jù)本發(fā)明的方法制成的硅來制造。

附圖說明

下面借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，由于通過上述非純凈材料特別能突顯本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，故始終將冶金硅用作實(shí)現(xiàn)定向固化的原材料。然而所述方法步驟可直接轉(zhuǎn)用于將從硅烷的氣相中分離出來的硅用作實(shí)現(xiàn)定向固化的原材料的方法。其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的制造太陽能用硅的方法的第一實(shí)施例的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例的原理圖，其顯示了用碳將二氧化硅碳熱還原成冶金硅的方法步驟；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實(shí)施例的示意圖，其提供了形成具有平整的結(jié)晶界面的附加定向固化；