[發(fā)明專利]一種成品大面積籽晶和矩形大面積籽晶的制備方法及設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110300537.6
• 申請(qǐng)日: 2011-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102330144A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳根茂;王人松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西合木實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): C30B11/00
• 分類號(hào): C30B11/00;C30B11/14;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 西安西交通盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 羅永娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能光伏發(fā)電(Photovoltaic)領(lǐng)域，并涉及用于光伏行業(yè)的硅單晶鑄錠的方法和設(shè)備，具體涉及一種成品大面積籽晶和矩形大面積籽晶的制備方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

綠色、環(huán)保、可持續(xù)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電在近幾年得到了迅猛發(fā)展，從行業(yè)角度看，目前采用提拉法單晶硅和鑄造多晶硅制做的電池片在行業(yè)中占統(tǒng)治地位，而這其中多晶硅晶體電池已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的重心，2010年已占有54％的光伏市場(chǎng)。多晶硅片是制造多晶硅晶體電池的主要原料，工業(yè)生產(chǎn)中一般是在多晶爐中通過(guò)定向凝固得到多晶硅錠，然后開(kāi)方切片得到多晶硅片和提拉單晶相比多晶硅鑄錠擁有產(chǎn)量大，成本低的優(yōu)勢(shì)，但是多晶硅片中存在大量的晶界位錯(cuò)，同時(shí)鑄錠時(shí)坩堝和脫模劑中的雜質(zhì)影響，使得多晶硅晶體電池的轉(zhuǎn)換效率比單晶硅低1～2％(絕對(duì)效率)，可見(jiàn)硅錠質(zhì)量對(duì)電池效率有著直接影響。

目前行業(yè)中普遍使用的鑄錠技術(shù)是定向凝固法，或稱“熱交換法”，其顯著特征是坩堝上方和側(cè)面裝有加熱器，坩堝底部是散熱機(jī)構(gòu)，硅料在平底坩堝中融化后打開(kāi)散熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行原位定向凝固，底部先結(jié)晶，然后固液平面緩慢上移，從下往上進(jìn)行長(zhǎng)晶，直至所有熔體結(jié)晶。因?yàn)槌跏汲珊私Y(jié)晶的是同時(shí)發(fā)生在坩堝底部的一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，沒(méi)有籽晶，所以晶粒大小和晶向都是無(wú)序的，在這些晶粒上長(zhǎng)出的硅錠因此也是多晶的，且柱狀晶粒的大小和分布直接決定于初始結(jié)晶。長(zhǎng)成的整個(gè)硅錠呈方形，邊長(zhǎng)有690mm和825mm兩種，高度在300～450mm左右，重量在240～600kg。目前最新的已經(jīng)研發(fā)出1000mm邊長(zhǎng)，能夠鑄出1噸重硅錠的G6鑄錠爐。但是所有這些鑄錠爐其熱場(chǎng)的配置沒(méi)有本質(zhì)差異。因?yàn)榧訜崞髟趥?cè)面和頂部，所以整個(gè)鑄錠過(guò)程中始終是坩堝上部溫度大于坩堝下部，在中上部的硅料完全熔化的條件下，保證底部的硅料部分熔化，使得剩下的作為籽晶長(zhǎng)出大晶粒硅錠成為可能。如果我們有意地改造底部這部分硅料，在底部鋪上大塊的單晶硅塊，就能長(zhǎng)出符合需要的大晶粒硅錠。

利用現(xiàn)有多晶鑄錠爐長(zhǎng)單晶或者大晶粒硅錠已有多次嘗試，現(xiàn)有多晶鑄錠爐的底部石墨散熱塊，石英陶瓷坩堝底部都是平底，故現(xiàn)有的廠家均通過(guò)在坩堝底部鋪上多塊單晶籽晶來(lái)生長(zhǎng)“類單晶”或“準(zhǔn)單晶”。這些籽晶一般都是6寸或8寸的單晶硅棒截?cái)喑珊?～5cm的硅塊。眾多科研機(jī)構(gòu)和廠家已經(jīng)在類單晶鑄造方面進(jìn)行了深入研究并申請(qǐng)了相關(guān)專利，如BP?Solar，浙江大學(xué)硅材料實(shí)驗(yàn)室，晶澳，煜輝，LDK等。各個(gè)廠家對(duì)此技術(shù)的稱謂不同，有“準(zhǔn)單晶”、“類單晶”、“近單晶”等。此技術(shù)在光伏行業(yè)前景光明，已進(jìn)入批量中試階段。

這種平鋪多個(gè)籽晶的方法雖然能生長(zhǎng)出晶粒很大的“類單晶”，但其中少量的晶界反而可能成為雜質(zhì)的會(huì)聚地，對(duì)后續(xù)電池片的良率產(chǎn)生影響。同時(shí)，由于這種晶體切割出的硅片仍然含有一定量的晶界，仍然屬于多晶。本發(fā)明是應(yīng)用于鑄錠單晶，跨越了“類單晶”這一種中間產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種單晶鑄錠用大面積籽晶的制備方法和設(shè)備，該制備方法能夠制備大面積單晶，用于光伏行業(yè)多晶鑄錠能夠生長(zhǎng)出單晶硅錠，通過(guò)鑄錠生長(zhǎng)出的單晶硅錠在切片后得到單晶硅片，此單晶硅片不但有CZ直拉法單晶硅的所有性質(zhì)，而且產(chǎn)量大和成本低，并且還能解決直拉法單晶硅中氧含量高的缺點(diǎn)，

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：

該種單晶鑄錠用成品大面積單晶的制備方法，包括以下步驟：

1)取{100}單晶棒截去頭尾，沿中軸縱向(010)或(110)面剖開(kāi)得到扁平長(zhǎng)條狀的單晶籽晶條；

2)準(zhǔn)備矩形平底坩堝，在矩形平底坩堝內(nèi)層涂上脫模層，再將所述的單晶籽晶條放置在矩形平底坩堝內(nèi)，且使其平行緊靠在矩形平底坩堝底的一邊，坩堝底部其余的空間鋪上多晶硅料，然后放入水平生長(zhǎng)爐中進(jìn)行水平定向生長(zhǎng)，采用Horizontal?Gradient?Freezing或Horizontal?Bridgeman方法使多晶硅料熔化后以單晶籽晶條為基底定向凝固，凝固方向從矩形平底坩堝放置單晶籽晶條的一邊到對(duì)邊；生長(zhǎng)方法為：先加熱多晶硅料使其熔化；而使單晶籽晶條處于低溫區(qū)，使其不熔化或少量熔化；然后控制熱場(chǎng)在熔融硅液和單晶籽晶條之間的固液界面上形成并保持一個(gè)溫度梯度，其方向指向硅液并垂直于固液界面，大小在2.6～21.2K/cm之間，此時(shí)硅液的其余部分溫度處于熔點(diǎn)之上；溫度梯度使熱量從硅液向單晶籽晶條傳導(dǎo)，單晶籽晶條不斷生長(zhǎng)，最后所有硅液變?yōu)楣腆w硅單晶，再經(jīng)1300～1400℃之間退火后逐漸降溫到室溫，得到成品大面積單晶；整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程在高純氬氣氛圍內(nèi)進(jìn)行，氣壓在50mbar～600mbar之間。