[發明專利]用于硅的定向固化的裝置和方法

有效

• 申請號: 201180055458.1
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN103261493B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: S·尼科爾;D·史密斯
• 申請（專利權）人: 思利科材料有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C01B33/037;C30B29/06;H01L31/18
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;周玉梅

要求優先權

本申請要求2010年11月17日提交的美國專利申請序列號12/947,936的優先權權益，其以全文引用方式并入本文。

背景技術

太陽能電池通過利用其將日光轉化成電能的能力可以是可行的能源。硅是太陽能電池的制造中所使用的半導體材料，然而，硅的使用的限制涉及將其純化至太陽能級（SG）的成本。

已知數種用于制造太陽能電池的硅晶體的技術。這些技術的大多數的操作原理是，當硅從熔融溶液固化時，不期望的雜質傾向于保留在熔融溶液中。例如，可以使用浮區技術以制造單晶錠塊，并且使用固體材料中的移動液區，將雜質移動至材料的邊緣。在另一實例中，可以使用提拉法技術以制造單晶錠塊，并且使用從溶液緩慢提拉的晶種，允許單晶硅柱的形成，同時將雜質留在溶液中。在又一實例中，可以使用布里奇曼或換熱器技術以制造單晶錠塊，并且使用溫度梯度以造成定向固化。

用于制造太陽能電池的硅晶體的各種技術在熔融制造階段的過程中使用坩堝以容納硅。不幸地，大多數坩堝在單次使用之后破裂，因為例如熔融硅在其固化時尺寸或形狀改變。產生單晶錠塊的方法可以包括使用石英坩堝，石英坩堝昂貴且為易碎材料。產生多晶錠塊的方法通常使用更大的坩堝，并且由于石英的費用，這些坩堝通常由更廉價的材料制成，例如熔化二氧化硅或其他耐火材料。盡管由更廉價的材料制成，由熔化二氧化硅或其他耐火材料制成的大型坩堝的生產成本仍然昂貴并且通常僅可使用一次。坩堝的高費用和有限壽命的結合限制了硅純化裝置和方法的經濟效率。

附圖說明

在附圖（所述附圖不一定按比例繪制）中，貫穿數圖的相似的附圖標記表示基本上相似的組件。具有不同字母后綴的相似的附圖標記表示基本上相似的組件的不同實例。一般而言，附圖以舉例的方式（并非限制性的方式）描述了本文獻中所討論的各個實施方案。

圖1顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的模具、外殼和隔熱層的橫截面圖。

圖2顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的模具、外殼和隔熱層的橫截面圖。

圖3顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的加熱器的橫截面圖。

圖4顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的3D投影，所述裝置包括位于模具頂部的加熱器。

圖5顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的加熱器的等距視圖。

圖6顯示了根據至少一個實施方案構造的用于硅的定向固化的裝置的模具的等距視圖。

圖7顯示了由根據至少一個實施方案構造的本發明的裝置和方法產生的硅錠塊。

發明內容

考慮到目前的能源需求和供應限制，本發明人意識到需要更為經濟有效的將冶金級（MG）硅（或具有比太陽能級更大量雜質的任何其他硅）純化成太陽能級硅的方法。

本發明涉及用于硅的定向固化的裝置。本發明特別提供定向固化模具。定向固化模具可以包含至少一種耐火材料。至少一種耐火材料可以被構造成允許硅在模具內的定向固化。外殼和隔熱層可以包圍部分模具。在各個實施例中，隔熱層至少部分地設置在定向固化模具和外殼之間。本發明人已經發現，這種模具構造可以重復用于硅的定向固化而沒有故障。

在一些實施例中，定向固化模具的一個或多個側壁可以包含氧化鋁。在一些實施方案中，定向固化模具的底部可以包含碳化硅。定向固化模具也可以包括頂層。頂層可以包括滑移面耐火件。當移除定向固化的硅產品時，頂層可以被構造成足以保護部分定向固化模具免受損壞。在一些實施例中，模具的外殼可以包含鋼或不銹鋼。在一些實施例中，隔熱層可以包括隔熱磚、耐火材料、耐火材料的混合物、隔熱板、陶瓷紙、高溫棉，或其組合。

在一些實施例中，本發明還包括加熱器。加熱器可以包括一個或多個加熱構件。一個或多個加熱構件可以獨立地包括加熱元件或感應加熱器。包括加熱元件的加熱構件可以使用如碳化硅、二硅化鉬、石墨或其組合的材料。加熱器也可以包括隔熱磚、耐火件、耐火件的混合物、隔熱板、陶瓷紙、高溫棉，或其組合。外殼或隔熱件可以包圍部分加熱器。加熱器的外殼可以包含鋼或不銹鋼。加熱器的隔熱件可以至少部分地設置在一個或多個加熱構件和外殼之間。