[發明專利]制備大晶粒鑄錠多晶硅的方法

無效

• 申請號: 201110405267.5
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102425008A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 熊震;付少永;張馳;王梅花
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術領域

本發明涉及一種制備大晶粒鑄錠多晶硅的方法。

背景技術

鑄錠多晶因具有成本低的優點，在晶體硅光伏電池領域逐漸占據主流。但由于鑄錠多晶硅內存在大量的微缺陷，如晶界和位錯等。這類微缺陷具有不同于完美晶體周期性結構的原子排列方式，作為電活性中心而顯著影響著多晶硅的少子復合壽命，使多晶硅光伏電池的光電轉換效率低于單晶硅1～2％。

目前多晶硅鑄錠所用的普通石英坩堝內壁噴有脫模劑氮化硼，硅熔體在定向凝固時晶粒生長呈隨機分布趨勢，晶粒粒度分布在0.1～10mm范圍，晶界密度較高。晶界不僅作為很強的少子復合中心而影響電池效率，也易作為缺陷的存在而影響后續的硅片切割，降低切割良率。

針對上述缺點，BP?Solar申請了一系列采用籽晶誘導來生長鑄錠單晶的專利(US20110129403A1、US20100203350A1、US20100197070A1、US20100193989A1等)，浙江大學楊德仁教授等(CN200910152970.2)也提出了一種在坩堝底部鋪滿單晶籽晶來誘導鑄錠多晶的生長，從而得到一種單晶向、柱狀大晶粒的鑄錠多晶硅的制備方法。該方法確實能得到晶界明顯降低甚至接近為零的鑄錠多晶，但存在兩個缺點：(1)所用單晶籽晶成本較高；(2)籽晶完全不熔化或者全部熔化都不能起到誘導多晶生長的作用，工藝窗口窄，不利于產業化時大規模推廣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：(1)所用單晶籽晶成本較高；(2)籽晶完全不熔化或者全部熔化都不能起到誘導多晶生長的作用，工藝窗口窄，不利于產業化時大規模推廣。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：一種制備大晶粒鑄錠多晶硅的方法，采用高熔點的大晶粒薄膜來誘導多晶硅晶粒的定向生長，大晶粒薄膜的晶粒的晶面與晶體硅的某個晶面能有效匹配。

具體步驟為：

a)在噴涂有脫模劑的鑄錠坩堝底部鋪一層大晶粒薄膜；

b)向上述坩堝內裝入硅料和摻雜劑，依次進行裝爐、抽取真空、氣氛保護、定向凝固、冷卻和出爐。

在步驟b的定向凝固過程中，在坩堝縱向形成梯度為0.1～30℃/cm的溫度梯度，使得熔化的硅料定型凝固。

大晶粒薄膜為金屬的高純氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物或硼化物；或者為高純的氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼；熔點高于1480℃，純度≥99.9％。

坩堝底部是平整的，或者坩堝底部由凹坑和凸起組成，凹坑和凸起交替排列，大晶粒薄膜籽晶置于凹坑底部，凹坑深度為0.1～15mm，凹坑面積為1～1600cm2。

凹坑和凸起為正方形、長方形、正三角形或多邊形，凹坑和凸起具有一定坡度的斜面，凹坑深度為0.5～10mm，凹坑面積為5～800cm²。

坩堝種類包括石英坩堝、石墨坩堝、碳化硅坩堝、氮化硅坩堝、炭炭復合材料坩堝。

大晶粒薄膜的厚度為0.01～500μm，在垂直方向的晶粒粒徑為10～400mm。

大晶粒薄膜通過化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、等離子噴涂或分子束外延法制備得到。

采用化學液相沉積法制備時，是用軟模板法來誘導得到大晶粒薄膜，或者所用的模板可以通過化學溶液清洗去除掉，從而得到大晶粒薄膜。

本發明的有益效果是：通過本方法制備得到的鑄錠多晶硅晶體，具有晶粒粗大的特征，平均晶粒粒度大于20mm，硅片少子壽命比采用相同鑄錠工藝而無薄膜誘導生長的鑄錠多晶高30％以上，制備成光伏電池片，轉換效率的絕對值比采用相同鑄錠工藝而無薄膜誘導生長的鑄錠多晶高0.5～1.5％。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的薄膜誘導大晶粒鑄錠多晶生長示意圖；

具體實施方式

如圖1所示，一種制備大晶粒鑄錠多晶硅的方法，采用高熔點的大晶粒薄膜來誘導多晶硅晶粒的定向生長，在水平方向上，大晶粒薄膜的晶粒的晶面與晶體硅的某個晶面能有效匹配。

大晶粒薄膜為金屬的高純氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物或硼化物；或者為高純的氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼；熔點高于1480℃，純度≥99.9％。