[發明專利]晶體硅及其制備方法

有效

• 申請號: 201310178470.2
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103255471A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 武鵬;胡亞蘭;游達;鄭玉芹;徐巖;鄭循強
• 申請（專利權）人: 江蘇協鑫硅材料科技發展有限公司
• 主分類號: C30B11/14
• 分類號: C30B11/14;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及太陽能光伏材料制備領域，具體涉及一種晶體硅及其制備方法。

背景技術

太陽能光伏發電是目前發展最快的可持續能源利用的形式之一，近些年來在各國都得到了迅速的發展。目前，利用鑄造法生產太陽能用單晶硅的方法受到了越來越多的關注。鑄造單晶硅具有直拉單晶硅低缺陷的優點，并且可以通過堿制絨的方法形成金字塔型的織構，提高對光的吸收，從而提高轉化效率；同時，鑄造單晶硅也具有鑄造多晶硅生產成本低，產量高的優點。因此，鑄造單晶硅繼承了直拉單晶硅和鑄造多晶硅的優點，克服了兩種方式各自的缺點，生產的單晶硅的質量接近直拉單晶硅。在不明顯增加硅片成本的前提下，使電池轉換效率提高1%以上。成為降低太陽能電池生產成本的重要途徑。但是受到坩堝壁形核以及長晶時固液界面的影響，在靠近坩堝面的硅錠中，出現了多晶形核，并且有大量的位錯積累，出現多晶與單晶相互交互的硅片，這些邊緣硅片的轉換效率偏低，甚至低于普通多晶硅片。同時由于單晶硅中單晶硅籽晶生產成本高，使鑄造單晶硅片的成本較普通多晶硅片偏高，這些嚴重制約鑄造單晶硅片的大量生產。

發明內容

基于此，有必要提供一種晶體硅的制備方法，能夠減少單晶硅籽晶的使用量，提高靠近坩堝側壁的邊緣硅片的轉換效率。此外，還提供了一種通過該方法制得的晶體硅。

一種晶體硅的制備方法，包括以下步驟：在坩堝底部中央鋪設填充料，在填充料上鋪設單晶硅籽晶，形成單晶硅籽晶層，然后在填充料和單晶硅籽晶層的四周鋪設多晶硅塊，形成多晶硅籽晶層；在所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層上設置熔融狀態的硅料，控制所述坩堝內的溫度，在所述單晶硅籽晶層熔化10%～90%時進入長晶階段；控制長晶時的溫度，在垂直于坩堝底部方向形成由下向上逐步升高的溫度梯度，使熔化的硅液沿單晶硅籽晶的晶向方向定向凝固，得到中間為單晶硅邊緣為多晶硅的晶體硅。

在其中一個實施例中，所述單晶硅籽晶緊密排列，且相鄰的單晶硅籽晶的側面晶向不同。

在其中一個實施例中，所述單晶硅籽晶層的厚度為3～50mm。

在其中一個實施例中，所述填充料的厚度為1～30mm。

在其中一個實施例中，所述多晶硅籽晶層的厚度為4～80mm。

在其中一個實施例中，所述填充料的熔點等于或高于硅的熔點。

在其中一個實施例中，所述填充料為石英粉料或板材、碳化硅粉料或板材、氮化硅粉料或板材、硅塊、硅顆粒或硅粉。

在其中一個實施例中，所述在所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層上設置熔融狀態的硅料為：在所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層上裝載固體硅料，對所述坩堝進行加熱使得所述固體硅料熔融，使所述熔融狀態的硅料設置于所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層表面。

在其中一個實施例中，所述在所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層上設置熔融狀態的硅料為：在另一個坩堝中加熱固體硅料，制得熔融狀態的硅料，將所述熔融狀態的硅料澆注至所述鋪設有單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層的坩堝內，使所述熔融狀態的硅料設置于所述單晶硅籽晶層和多晶硅籽晶層表面。

一種晶體硅，所述晶體硅是通過前述的晶體硅的制備方法制得的。

上述晶體硅的制備方法，通過在坩堝底部中央依次鋪設填充料和單晶硅籽晶，且單晶硅籽晶和填充料四周直接設置多晶硅塊作為籽晶，一方面減少了單晶硅籽晶的用量，降低了生產成本；另一方面，只在中間鋪設填充料，簡化了生產工序，且避免了硅液與填充層直接接觸，減少了硅液中的雜質含量，提高了邊緣硅片的轉換效率。

通過上述晶體硅的制備方法制得的晶體硅，中間為單晶硅，邊緣為多晶硅，提高了邊緣硅片的轉換效率，克服了鑄造單晶硅邊緣硅片效率偏低的問題。

附圖說明

圖1為晶體硅的制備方法的流程圖；

圖2為晶體硅的制備方法中填充料、單晶硅籽晶及多晶硅塊在坩堝底部鋪設的示意圖；

圖3為晶體硅的結構示意圖。

具體實施方式

請參考圖1和圖2，一實施方式的晶體硅的制備方法，包括以下步驟。

步驟S110、在坩堝底部中央鋪設填充料，在填充料上鋪設單晶硅籽晶，形成單晶硅籽晶層，然后在填充料和單晶硅籽晶層的四周鋪設多晶硅塊，形成多晶硅籽晶層。