[發明專利]一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片

有效

• 申請號: 201210096209.3
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102776554A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 何亮;胡動力;張濤;雷琦
• 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: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片。

背景技術

近年來，太陽能作為一種新興的可再生綠色能源已經成為了人們開發和研究的熱點。伴隨著太陽能電池業的快速發展，成本低且適于規模化生產的多晶硅成為行業內最主要的光伏材料之一，并逐步取代傳統的直拉單晶硅在太陽能電池材料市場中的主導地位。

目前，多晶硅錠的制備方法主要為采用GT?Solar所提供的定向凝固系統法(簡稱DSS)爐晶體生長技術，該方法通常包括加熱、熔化、凝固長晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長晶過程中，伴隨著坩堝底部的持續冷卻，熔融狀態的硅料自發形成隨機形核并且隨機形核逐漸生長。但由于初始形核沒有得到控制，形核過程中容易產生位錯，導致晶向雜亂，晶粒不均勻，因此通過該方法制備得到的多晶硅錠質量較低。利用該多晶硅錠制得的太陽能電池的光電轉換效率低。因此，為了制得位錯密度低、缺陷少的高質量多晶硅錠，一種能有效獲得良好初始形核的多晶硅錠鑄造方法變得很重要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明旨在提供一種多晶硅錠的制備方法，該制備方法能夠使多晶硅錠獲得良好的初始形核，降低多晶硅錠在生長過程中的位錯繁殖，得到高質量多晶硅錠。本發明同時提供了通過該制備方法獲得的高質量的多晶硅錠，以及以所述多晶硅錠為原料制得的多晶硅片。

第一方面，本發明提供了一種多晶硅錠的制備方法，包括：

在坩堝內壁涂上氮化硅涂層后，在所述坩堝底部鋪墊一層多孔材料，然后在所述多孔材料上填裝硅料；

加熱所述填裝有硅料的坩堝，使所述硅料熔化形成硅熔體，調整熱場，使硅熔體開始形核結晶；

待硅熔體界面向遠離所述坩堝底部的方向移動，定向結晶凝固完后，經退火冷卻得到多晶硅錠。

優選地，多孔材料為熔點大于硅的熔點且高溫下不與硅發生反應的材質。

優選地，多孔材料為氮化硅、碳化硅或石英。

優選地，多孔材料的孔徑為0.1cm～5cm。

優選地，多孔材料的厚度為0.1～2cm。

優選地，多孔材料的尺寸大小為10×10mm～155×155mm。

由于氮化硅、碳化硅或石英等多孔材料具有多個孔洞，在硅料熔化階段，硅料熔化形成的硅熔體將填充在孔洞中，在初始形核階段，在過冷狀態下，硅熔體在孔洞中進行自由形核結晶，此種情況下的形核結晶過程，不是在一個大平面范圍內完成，而是在無數的小孔洞中進行，因而能控制大量枝晶的出現和生長。在形核階段，控制溫度使填充在孔洞中的硅熔體先達到過冷狀態，從而使多晶硅錠獲得良好的初始形核，進而生長出具有優勢晶向的晶體。

優選地，在所述填裝硅料之前還包括，在所述多孔材料上方鋪墊一層硅碎料。

優選地，硅碎料為單晶硅碎料、多晶硅碎料和非晶體硅碎料中的一種或幾種。優選地，硅碎料的尺寸大小為0.1cm～10cm。

優選地，硅碎料鋪設厚度為0.5cm～5cm。

硅碎料鋪墊在坩堝底部為無序排列，碎料層形成一個支架結構，該支架結構具有無數的孔洞，在硅料熔化階段，硅料熔化形成的硅熔體將填充在孔洞中，在初始形核階段，在過冷狀態下，在硅碎料層面上形成多個均勻分布的形核源，從而使多晶硅錠獲得良好的初始形核，進而生長出具有優勢晶向的晶體。具體地，控制溫度使處于硅熔體與未熔化的硅料所形成的固液界面的硅熔體及填充在孔洞中的硅熔體先達到過冷狀態，優先形核結晶，隨后硅熔體界面向遠離坩堝底部的方向移動，硅熔體結晶凝固。多晶硅錠的初始形核得到良好控制，從而生長出有益晶向占主導地位的晶體，因此可以防止位錯的大量增殖，得到高質量多晶硅錠。

此外，坩堝內壁上氮化硅層的設置，可以有效防止坩堝底部的雜質進入晶體中，從而提高多晶硅錠的質量。

第二方面，本發明提供了一種多晶硅錠，所述多晶硅錠按照前述多晶硅錠的制備方法制得。所述多晶硅錠位錯密度小于10⁵個/cm²。

第三方面，本發明提供了一種多晶硅片，所述多晶硅片以前述多晶硅錠為原料經開方-切片-清洗制得。

實施本發明實施例，具有如下有益效果：

(1)本發明制備方法能夠使多晶硅錠獲得良好的初始形核，有效控制了枝晶的生長，降低了多晶硅錠在生長過程中的位錯繁殖，得到了高質量的多晶硅錠；

(2)本發明制備方法操作簡單，易于規模化的工業生產；

(3)本發明提供的多晶硅片位錯密度小，適用于生產制作太陽能電池；

(4)本發明制作的太陽能電池的光電轉換效率得到了提高。