[實用新型]用于多晶硅鑄錠的坩堝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020207481.0
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN201729909U
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史珺
• 申請（專利權(quán)）人: 上海普羅新能源有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及硅晶體生長領(lǐng)域，特別涉及一種用于多晶硅鑄錠的坩堝。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的太陽能級多晶硅鑄錠，均采用石英陶瓷坩堝。通常采用方形片平狀底面為正方形的長方體結(jié)構(gòu)，例如，現(xiàn)有的450公斤載硅量的坩堝，底面外壁邊長為870毫米，內(nèi)壁為840毫米，高度為420毫米到480毫米。由于石英陶瓷的純度較高，耐熱性和抗熱沖擊性較好，因此，成為多晶硅鑄錠坩堝的主要原料。

現(xiàn)有坩堝通常采用注漿法或注凝法，先通過模具成型，之后再燒結(jié)。現(xiàn)有坩堝底部是平坦的，但有陶瓷燒結(jié)所特有的微粒結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有坩堝的底部表面上這些微粒結(jié)構(gòu)會形成不平整的底部表面，在多晶硅鑄錠時，會使得硅液在冷卻時沿硅液底部產(chǎn)生溫度的有高有低，在逐漸降溫接近硅熔點時，較冷部分先形核，然后隨著溫度降低，這些晶核逐漸長大。長大的過程中，先沿坩堝底面橫向生長，然后，當與另外的晶核形成的晶粒相遇時，發(fā)生頂觸，待底面全部布滿晶粒后，則開始隨著溫度空間的梯度和溫度隨時間的下降，開始向上生長，直到從底部到硅液的頂部全部結(jié)晶。這就是多晶硅的鑄錠過程，也是多晶硅的定向凝固過程。

這樣的多晶硅鑄錠過程由于產(chǎn)量高，因此，在CZ法直拉單晶的基礎(chǔ)上，獲得大量應(yīng)用。但是，這樣的晶體生長方法也有不少弊端，一是晶體形核時晶核的空間分布不均勻，造成生長出的晶體的晶粒大小不均勻。二是由于坩堝底面的不平整使晶核生長的晶向不一定是垂直向上的，造成晶體在生長時不是垂直生長，而是斜向生長。三是在晶核形成并進行橫向生長時，鄰近的晶粒發(fā)生頂觸，很容易造成剛形成的晶體從底部脫落，進入硅液重新熔化，因此，導(dǎo)致晶體生長效率降低和晶粒的大小差異進一步加大。

現(xiàn)有坩堝的上述弊端導(dǎo)致多晶硅在后續(xù)的切片過程中，硅片表面的晶向不是(111)晶向，這樣，導(dǎo)致制成的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率降低，硅片應(yīng)力加大。另外，現(xiàn)有坩堝較易形成枝狀晶和羽狀晶，并在枝狀晶或羽狀晶的間隙形成微晶甚至非晶，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率的進一步下降。這些原因，導(dǎo)致了多晶硅光伏電池的效率目前低于單晶硅的光電轉(zhuǎn)換效率。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于多晶硅鑄錠的坩堝，能夠提高多晶硅鑄錠質(zhì)量，增大晶粒的尺寸，增加晶粒的均勻性，促進晶粒垂直生長，減少晶界數(shù)量和晶界處的位錯和雜質(zhì)等缺陷，能增加電池片的效率，降低光伏發(fā)電的成本。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種用于多晶硅鑄錠的坩堝，所述坩堝的底部內(nèi)壁具有規(guī)則的空間分布的三維幾何形狀。所述坩堝的材質(zhì)為石英陶瓷。

所述具有規(guī)則的空間分布的三維幾何形狀是一種二維錐體陣列形成的形狀，所述二維錐體陣列是由同一形狀的錐體在二維空間復(fù)制排列而形成的。所述錐體為頂點向下、開口向上的空心倒立錐體。所述錐體的徑向和縱向尺寸的數(shù)量級為10毫米。

所述二維錐體陣列的分布方式是直角行列分布、或平行四邊形的行列分布、或蜂窩狀的六角形分布、或以坩堝中心為圓心的圓環(huán)形分布、或以坩堝中心為圓心的放射狀分布。

所述倒立錐體的頂面為正三角形、正四邊形或正六邊形中的任何一種形狀，錐體的頂面采用緊密堆積方式在二維空間復(fù)制排列。所述倒立錐體的頂面也能為正五邊形或正七邊形中的任何一種形狀，錐體的頂面采用非緊密堆積方式在二維空間復(fù)制排列。

本實用新型的有益效果為：本實用新型能夠提高多晶硅鑄錠質(zhì)量，增大晶粒的尺寸，提高晶粒的均勻性，促進晶粒垂直生長，減少晶界數(shù)量和晶界處的位錯和雜質(zhì)等缺陷，減少硅錠以及隨后的硅片和電池片的應(yīng)力，增加少數(shù)載流子壽命，提高電阻率，增加電池片的效率。本實用新型能使多晶硅的電池轉(zhuǎn)換效率提高3％以上，提高了光伏電池的效率，降低了光伏發(fā)電的成本，具有顯著的經(jīng)濟和社會意義。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明：

圖1A是本實用新型實施例一的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖1B是本實用新型實施例一的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2A是本實用新型實施例二的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2B是本實用新型實施例二的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3A是本實用新型實施例三的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3B是本實用新型實施例三的坩堝底部內(nèi)壁結(jié)構(gòu)俯視圖。

具體實施方式