[發明專利]一種利用復熔工藝提高多晶晶體質量的方法

無效

• 申請號: 201210291031.8
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102925958A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 張澤興;宋麗平;楊帥國;吳彬輝;王應民
• 申請（專利權）人: 江西旭陽雷迪高科技股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明涉及一種利用復熔工藝提高多晶晶體質量的方法，特別是一種太陽能硅基電池用多晶硅片制造工藝中，通過調整長晶階段隔熱籠位置、錠爐溫度控制點的溫度和控制晶體初始生長高度、復熔時晶體的熔化高度來提高多晶鑄錠爐晶體生長質量的方法。

背景技術

多晶硅片是制備太陽能硅基電池常用的原料。多晶硅原料經用鑄錠爐鑄造成為多晶硅錠，然后經過切錠開方成條塊狀、再經切片加工而成為多晶硅片。所以，鑄錠爐是生產多晶硅錠的基本設備。目前常用的450型多晶硅鑄錠爐由于熱場設計的原因，頂部加熱器和側部加熱器不能單獨進行控制且側部加熱器的位置靠近坩堝中上部，這樣就會造成在長晶初始階段坩堝底部和側部的溫度相比其它位置低，坩堝底部生長出來的晶體位錯密度大以及晶粒的尺寸偏小。

由于市場的原因，如今各個光伏企業在努力控制成本的同時更多地關注多晶硅片的質量，這也是光伏企業具備持續競爭力的關鍵所在。在現有的技術條件下，多晶硅片的光電轉換效率由以前16.4%提升到17%以上，可以肯定地說多晶硅片的光電轉換效率會越來越高，當然對多晶硅片質量的要求也會隨之提高。目前有多種方法可以改善多晶硅片的質量，例如對坩堝底部的熱交換器（DS-Block塊）的底部進行急冷，增加晶體成核時的過冷度來達到改善多晶硅片質量的目的。其中有些方法對改善多晶硅片的質量和提高光電轉換效率起到一定作用，但是現有的這些方法存在操作難、成本高等不足。

鑄錠爐制造與鑄錠切片加工企業共同決定的鑄造多晶硅錠工藝流程是:①加熱（Heat）；②熔化(Melt)；③長晶(Growth)；④退火(Anneal)；⑤冷卻(Cool)。在這五段工序中為了方便進行編寫程序與工藝控制，把每一段工序細分成若干個工步。如：將加熱（Heat）工序細分為11個工步，標示為H1，H2，H3，……H11；熔化(Melt)工序細分為6個工步，標示為M1，M2,……M6；長晶(Growth)工序細分為8個工步，標示為G1,G2,……G8；退火(Anneal)工序細分為3個工步，標示為A1，A2，A3；冷卻(Cool)?工序細分為5個工步，標示為C1，C2，……C5。如控制屏幕中出現“M3”，就標示鑄錠系統進入熔化第三工步；同樣，“G7”就表示鑄錠系統進入長晶第七工步。鑄錠爐溫度由三根熱電偶TC1、?TC2、?TC3測量輸出。

在目前現有的多晶硅錠生長設備中，都是采用定向凝固的方式，晶體先從坩堝的底部開始生長，然后沿著坩堝的縱向方向進行生長。多晶鑄錠使用的是石英坩堝，其主要成本是SiO₂，因此需要在坩堝的內表面噴涂一層氮化硅涂層作為保護層防止硅液與SiO₂進行反應。確切地說晶體最開始是在氮化硅涂層表面進行成核的，然后以先成核的晶體為籽晶在縱向溫度梯度的作用下繼續縱向生長。由于硅的各向異性和熱場的原因，坩堝底部的熱交換器（DS-Block塊）不能保證其底部溫度的均勻性，初始成核的晶體容易出現晶體尺寸偏小、位錯密度大、少子壽命低等缺陷，這些缺陷直接影響多晶硅片的光電轉換效率，由此可見晶體生長的初始階段對整個晶體生長過程來說是至關重要的。

發明內容

本發明其目的就在于提供一種利用復熔工藝提高多晶晶體質量的方法，利用復熔工藝來改善初始成核晶體的質量，在復熔過程中可以將一些細小的晶粒進行熔化以及減少因溫度的原因產生的位錯，降低了后續晶體生長的缺陷，使晶粒的大小更加均勻和晶向趨于一致。本方法具有操作簡單、成本低的特點，而且晶體的生長質量得到明顯改善，多晶硅片的光電轉換效率提高了0.1%-0.3%。

實現上述目的而采取的技術方案，利用復熔工藝減少晶體在生長初期產生的位錯、增大初始成核的晶粒尺寸以及提高硅錠少子壽命；利用復熔工藝只需要對長晶階段的工藝進行調整；包括步驟，

1）利用尺寸為878×878×480mm的石英坩堝進行裝料，投爐重量控制在420-480kg，原生料的投爐比例控制在50%-70%；

2）在保持加熱、熔化、退火、冷卻工藝不變的情況下，確保硅料在進入長晶前熔化完全且熱交換器DS-Block中心點的溫度TC2為1400±3℃；

3）進入長晶第一步G1快速將隔熱籠提升至8-10cm，隔熱籠的提升速率控制在18-20cm/h，使坩堝底部的溫度快速下降；

4）進入長晶第二步G2繼續提升隔熱籠至10-12cm，隔熱籠的提升速率控制在1.3-1.5cm/h，此時晶體在坩堝底部開始成核，在長晶第二步時通過玻璃材質的測試棒來測量長晶階段的晶體生長的高度，控制晶體的生長高度在1.5-2.0cm；