[發(fā)明專利]用于生產(chǎn)硅錠的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210517536.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103132133A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·克勞澤;M·迪特里希;C·舒伯特;B·沃爾;J·沃爾特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太陽(yáng)世界創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): C30B11/02
• 分類號(hào): C30B11/02;C30B29/06;H01L31/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 吳鵬;馬江立

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)硅錠的方法。本發(fā)明也涉及一種硅錠。

背景技術(shù)

硅錠被用作生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的原材料。硅錠的晶體結(jié)構(gòu)在很大程度上影響了由此硅錠制成的太陽(yáng)能電池的質(zhì)量。例如，從EP0218088B1中可知一種用于生產(chǎn)硅錠的方法。

一直存在提高這種生產(chǎn)方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容

該目的可以通過(guò)用于生產(chǎn)硅錠的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該用于生產(chǎn)硅錠的方法包括以下的步驟：

-提供一容器以容納熔融硅，

-將細(xì)晶粒硅層布置在容器中，

-在容器中布置熔融硅使之與所述細(xì)晶粒硅層接觸，

-所述熔融硅從所述細(xì)晶粒硅層開(kāi)始定向固化。

本發(fā)明的核心在于首先生產(chǎn)細(xì)晶粒硅層，其中熔融硅從此細(xì)晶粒硅層開(kāi)始定向固化。

根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)識(shí)到細(xì)晶粒硅層能夠?qū)е鹿桢V的缺陷特別低的晶體結(jié)構(gòu)。硅層的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)這里被認(rèn)為是晶體結(jié)構(gòu)，在此晶體結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)微晶（crystallite）、尤其是至少70%的微晶、尤其是至少90%的微晶、尤其是全部的微晶具有0.1mm至5mm范圍內(nèi)的相當(dāng)直徑，特別是在1mm至3mm的范圍內(nèi)的相當(dāng)直徑。其中微晶具有小于3:1的縱橫比。特別是不存在所謂的樹(shù)枝晶。

細(xì)晶粒熔融硅優(yōu)選地通過(guò)液態(tài)硅的快速固化而形成。出于這個(gè)目的，液態(tài)硅可優(yōu)選地與溫度比硅的熔化溫度低的基板接觸。如果基板的熱容量足夠大和/或與基板接觸的液態(tài)硅的量足夠小，可以很容易地以此方式生成細(xì)晶粒硅層。在此方面，根據(jù)本發(fā)明，基板的溫度對(duì)成核頻率并且因此對(duì)硅層的晶粒結(jié)構(gòu)具有很大的影響。一般而言，越冷的基板將導(dǎo)致越細(xì)晶粒的硅層。實(shí)現(xiàn)液態(tài)硅的快速固化的原因在于：當(dāng)熔融硅被布置在容器中與細(xì)晶粒硅層接觸時(shí)，從細(xì)晶粒硅層開(kāi)始，熔融硅中的溫度梯度為至少0.1K/cm，特別是至少1K/cm，特別是至少3K/cm。特別地，在細(xì)晶粒硅層與液態(tài)熔融硅的接觸面實(shí)現(xiàn)該溫度梯度。

例如，基板可以由布置在模具基部上的一個(gè)或多個(gè)硅板形成。一層細(xì)晶粒或模具基部本身也可以被用作基板。

基板優(yōu)選地過(guò)度冷卻。在基板與液態(tài)硅接觸之后，該基板具有特別是至多1200℃的溫度，特別是至多1100℃的溫度，特別是至多1000℃的溫度。

例如，基板可以由硅、特別是碳化硅（SiC）或氮化硅（Si₃N₄）的硅化合物制成，或者由石墨制成。基板至少部分由從上述一組材料中選取的一種材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在與熔融硅在其中固化的模具相同的模具中生產(chǎn)細(xì)晶粒硅層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在與熔融硅在其中固化的模具不相同的容器中生產(chǎn)細(xì)晶粒硅層。在后者的情況下，在一單獨(dú)的處理中細(xì)晶粒熔融硅可形成為籽晶層，然后將此細(xì)晶粒硅層放置在模具中。尤其是在布里奇曼類似的處理中，該細(xì)晶粒硅層將其晶粒結(jié)構(gòu)傳遞到在其上生長(zhǎng)的硅錠。

根據(jù)本發(fā)明，在熔融硅的固化期間，細(xì)晶粒硅層區(qū)域中的溫度保持在比硅的熔化溫度低的溫度，特別是低于1400℃的溫度，特別是低于1300℃的溫度，特別是低于1200℃的溫度。這保證了在細(xì)晶粒硅層上不會(huì)發(fā)生成核現(xiàn)象。

此外，控制模具的溫度場(chǎng)使得熔融硅近乎均衡地固化。在不考慮與細(xì)晶粒硅層直接接觸的區(qū)域的情況下，也就是，在不考慮固化處理的起始階段的情況下，在已經(jīng)固化的硅和仍然是液態(tài)熔融的硅之間的相界面處的溫度梯度為15K/cm的最大值。熔融硅的冷卻速度優(yōu)選地是至多3K/min，特別是至多1K/min。

本發(fā)明的另一目的在于改進(jìn)硅錠。特別地，本發(fā)明的目的在于改進(jìn)多晶硅錠。通過(guò)如下的方法來(lái)達(dá)到本發(fā)明的該目的：在該方法中，在熔融硅的固化期間，細(xì)晶粒硅層區(qū)域中的溫度保持在硅的熔化溫度之下。根據(jù)本發(fā)明，可以確定根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的硅錠具有特別有利的晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的硅錠具有特別有利的多晶晶體結(jié)構(gòu)。

尤其是，特征在于晶粒數(shù)量從硅錠的基部向硅錠的頂部減少。根據(jù)本發(fā)明的硅錠與傳統(tǒng)的硅錠不同之處在于此。特別是晶粒數(shù)量從基部向頂部減少至少20%，特別是減少至少30%。

在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的硅錠中，特別有利的是缺陷比例從特定的高度之后大致保持不變，尤其是不再進(jìn)一步增加。特別是從上述錠的基部測(cè)量的10cm的高度之后缺陷比例保持不變。