[發(fā)明專利]填裝性能良好的原料硅塊在單晶爐或多晶爐中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910151827.1
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101613877A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 張濤;萬躍鵬;鐘德京
• 申請（專利權）人: 江西賽維LDK太陽能高科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B11/00;C30B15/00
• 代理公司: 江西省專利事務所
• 代理人: 楊志宇

技術領域

本發(fā)明涉及一種填裝性能良好的原料硅塊在單晶爐或多晶爐中的應用，具 體方法是將硅粉冷等靜壓或熱等靜壓成填裝性能良好的原料硅塊后，放入單晶 爐或多晶爐中，用于硅晶體生長的初始原料。該原料硅塊可以在太陽能領域或 半導體領域的單晶爐或多晶爐中融熔作為原料硅使用，用于生產晶體硅棒或硅 錠。該原料硅塊的一個用途是作為生產太陽能電池成品硅片的初始原料用。

背景技術

本發(fā)明全文中涉及的單晶爐是指生長單晶硅的生長爐。

本發(fā)明全文中涉及的多晶爐是指生長多晶硅的生長爐。

本發(fā)明全文中涉及的原料硅塊是指放入單晶爐或多晶爐，尚沒有升溫進行 融化和晶體生長的塊狀的硅，原料硅塊作為生產單晶硅或多晶硅的原料。

有六個方面的背景技術：

(一)、首先在這里需要特別強調的是：包括US7,175,685在內的所有現(xiàn)有 文獻都沒有等靜壓技術可以減少氧化物膜層對單晶爐或多晶爐中硅晶體生長 質量的負面影響的報道。具體來說是現(xiàn)有文獻沒有由于硅粉經(jīng)過冷等靜壓或熱 等靜壓成填裝性能良好的作為原料硅塊有利于表面的氧化物膜層的減少，因而 可以減少對單晶爐或多晶爐中硅晶體生長質量的負面影響的報道。

原料硅塊表面的氧化物會給后續(xù)工藝造成一系列問題，如導致硅料融化困 難，揮發(fā)物與設備元件反應，晶體及最終產品如芯片、電池片等質量下降等。 因而現(xiàn)有技術通常需要使用化學溶液洗滌原料硅塊表面的氧化物。

現(xiàn)有技術中的作為原料硅塊使用的高純硅塊通常經(jīng)過了高溫融化和冷卻 的過程，或經(jīng)過了氣相沉積的過程，因而其相對密度為100％，實際密度為2.33 克/立方厘米。這些高純硅塊雖然價格昂貴，但其來源廣泛，且容易獲得。因 其高致密度和良好的機械性能完全可以耐受化學溶液洗滌對其表面的去氧化 過程。經(jīng)過檢測多組現(xiàn)有技術中提供的來源不同的相對密度為100％，實際密度 為2.33克/立方厘米的原料硅塊，其抗壓參數(shù)通常介于60-206MPa，平均為150 MPa。其具體內容在后文中的表1還會詳細展開。

而由硅粉經(jīng)過等靜技術獲得的原料硅塊因為沒有經(jīng)過高溫融化和冷卻的 過程，其相對密度無法達到100％，因而其耐受化學溶液洗滌表面的抗沖擊能力 相對密度為2.33克/立方厘米的傳統(tǒng)原料硅塊偏弱。

由于硅粉的比表面積很大，例如US7,175,685所涉及的硅粉很容易與空氣 接觸生成氧化膜，即使容忍飛揚的硅粉嚴重損壞設備的方式強行將硅粉放入單 晶爐或多晶爐中生長，會發(fā)現(xiàn)最后生長出的單晶硅或多晶硅的質量偏差，很難 滿足市場的對質量的需求。

(二)、硅原料放入用于硅晶體生長的爐中，例如放入單晶爐中完成單晶 硅的生長，或放入多晶爐中完成多晶硅的生長，是早已非常完善的現(xiàn)有技術， 單晶硅的生長或多晶硅的生長通常都包括硅受熱融化、緩慢生長出晶體、冷卻 的過程。

生成的單晶硅或多晶硅再經(jīng)過切片之后可以應用于太陽能電池。因為太陽 能電池在國際上有行業(yè)普遍遵守的質量的標準，所以切片之前的單晶硅或多晶 硅也要遵守共同的質量的標準。而單晶硅或多晶硅的生長技術大同小異，因而 保證質量的前提下，能否大量采用廉價的硅原料是單晶硅或多晶硅生產商非常 關心的。

(三)、本發(fā)明先介紹作為原料的硅粉或硅塊在單晶爐或多晶爐中的應用 的情況。

硅粉應用情況：一方面，硅粉因為容易飛揚，影響設備的正常工作和生產 人員的健康，其應用受到極大的限制。另一方面，與硅塊對比，硅粉還因為比 面積大，在包裝、運輸、儲藏過程中都非常容易接觸空氣而被氧化，而被氧化 后的硅粉對最終生產的太陽能電池的質量有一定的負面影響，但其負面影響在 硅粉少量使用的情況下尚能忍受，因而為了降低成本，可以在單晶爐或多晶爐 中的使用很少量的硅粉。但在單晶爐或多晶爐中大比例的直接使用硅粉用于大 幅度降低生產成本成為一種不可能實現(xiàn)的奢望。其具體內容在后文中還會詳細 展開。

硅塊應用情況：以塊狀形態(tài)存在的作為原料的硅塊是目前放入單晶爐或多 晶爐中的主要形式。

應用于太陽能領域或半導體領域的單晶爐或多晶爐中作為原料硅塊需要 滿足兩個最基本要求有：重量純度要求是99.99％-99.9999999％，優(yōu)選是 99.999％-99.9999999％，最好是99.9999％-99.9999999％。硅塊需要有一定的抗 壓性能，這樣一來硅塊就不太容易因移動而散落導致的飛揚的粉塵損壞設備和 操作人員的健康。