[發(fā)明專利]一種多晶硅芯片、多晶硅晶錠及制造多晶硅晶錠的方法

有效

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• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103628132B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃頌修;藍明姿;朱釜萱;黃郁仁
• 申請（專利權(quán)）人: 國碩科技工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B11/00;C30B28/06
• 代理公司: 上海宏威知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31250
• 代理人: 金利琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種降低鑄造多晶硅晶錠內(nèi)缺陷的密度的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與方法，本多晶硅晶錠用于多晶硅太陽能電池的硅芯片的基板。

背景技術(shù)

硅基太陽能的區(qū)分可分為以單晶硅芯片與多晶硅硅芯片兩大類。其中多晶硅硅芯片由于產(chǎn)量高、耗能低，因此在太陽能硅芯片的市場里扮演主要的角色。多晶硅硅芯片的制備方法為將高純度的硅塊置入內(nèi)涂附離型劑的坩堝后置入定向凝固成長爐內(nèi)進行融化、結(jié)晶成長與冷卻退火等步驟。冷卻完成的多晶硅晶錠再經(jīng)過各式加工機具加工，線切成厚度約200微米的硅芯片。至此，硅芯片可以進入太陽能電池片的制程，于硅芯片上進行蝕刻、PN接口工程、抗反射層(Anti-reflection?layer)及導(dǎo)電電極等工程。

與單晶硅芯片相比，影響多晶硅硅芯片在太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的主要原因有—(一)多個晶向共處于一片芯片上：多晶硅于坩堝內(nèi)自由成長，定向凝固結(jié)晶法只能限制結(jié)晶呈現(xiàn)柱狀晶結(jié)構(gòu)，無法限制成長平面內(nèi)各個晶體間的相互競爭。因此，在太陽能電池制程時，多晶硅只能選擇抗反射較差的酸式蝕刻制程；(二)多晶硅存在較不均勻晶粒尺寸：多晶硅晶錠存在多個晶體，因此存在有晶粒間的晶界，而晶界的存在會限制光電流載子的有效擴散長度，以及吸附雜質(zhì)，最終降低太陽能電池的開路電壓；及(三)多晶硅的缺陷密度高：多晶硅在鑄造過程間，主要是利用坩堝離型劑的使用、凝固爐的熱場設(shè)計以及制程條件中的退火階段來消除晶錠的熱應(yīng)力。這樣的制程對于大范圍應(yīng)力管理有其功效，可以避免整個晶錠的破裂。但是對于局部的缺陷，例如差排與迭錯的消除，并無效果。缺陷的存在會吸引雜質(zhì)的吸附，從而降低晶體能階間隙電壓。同時缺陷的自身存在也會降低能階間隙電壓。

雖然多晶硅有如上所述的缺點，但是由于多晶硅制程里，晶錠是從坩堝接觸面開始凝固生成，故在與坩堝的接觸面形成固態(tài)晶錠，因而隔絕液態(tài)的熔融硅長時與石英坩堝的接觸，避免大量的石英溶入該熔融硅，從而抑制硅晶錠含有高濃度的氧雜質(zhì)。而由于摻雜入硅芯片內(nèi)的間隙氧為后制太陽能電池的光致效能衰退(LID,light?induced?degradation)的主因，故多晶硅的優(yōu)點在于避免氧雜質(zhì)的產(chǎn)生，進而抑制光致效能衰退，因此多晶硅的單位高產(chǎn)量、低成本以及低光致衰退等特性就使其成為整體太陽能發(fā)電市場中的最具經(jīng)濟性產(chǎn)品。

目前多晶硅提升轉(zhuǎn)換效率最大的難題為現(xiàn)有鑄造所形成的樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，無法限制成長平面間晶體的互相競爭，造成各式大小不均勻晶粒交錯導(dǎo)致的缺陷集中區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

如前所述，多晶硅芯片由于自身制造過程無可避免會伴隨有結(jié)晶晶界、缺陷及雜質(zhì)等的產(chǎn)生。因此，有鑒于前述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，本發(fā)明的目的在于提供有效提高效率的方法，并提高開路電壓而其中提高開路電壓為硅晶芯片制造者致力改善的目標。

為達成上述的目的，本發(fā)明是提供一種多晶硅芯片，包含：多數(shù)晶粒，其具有一長徑及一短徑，其中該長徑與該短徑的一比值不大于3或晶粒的長寬比值(aspect?ratio)不大于3。

在本發(fā)明實施例的多晶硅芯片中，符合上述比值的尺寸的晶粒所占的面積不小于多晶硅芯片的面積的25%。

再者，各該晶粒的圓度介于0.4至1.0之間。

此外，本發(fā)明另提供一種多晶硅晶錠，其經(jīng)切割后形成如上述的多晶硅芯片。

此外，本發(fā)明再提供一種制造多晶硅晶錠的方法，其步驟包含：提供一模具，該模具的底面具有多數(shù)凹穴；填入一硅料于該模具中；加熱該模具，以使該硅料熔化而形成一熔融硅，該熔融硅填滿該等凹穴；及由一定向固化制程冷卻該模具，以使該熔融硅自該等凹穴中開始長晶而形成一多晶硅晶錠。

而于本發(fā)明實施例的方法中，該等凹穴設(shè)置于該模具的底面。

在本發(fā)明實施例的方法中，該等凹穴為波浪狀凹穴。

在本發(fā)明實施例的方法中，該等波浪狀凹穴的表面所形成的波形的周期為0.05～5cm。

在本發(fā)明實施例的方法中，該等波浪狀凹穴的表面所形成的波形的振幅為0.5～5cm。

此外，本發(fā)明又提供一種制造多晶硅晶錠的方法，其步驟包含：提供一模具，該模具的內(nèi)部具有多數(shù)凸塊；填入一硅料于該模具中；加熱該模具，以使該硅料熔化而形成一熔融硅，該熔融硅填滿該等凸塊間的區(qū)域；及由一定向固化制程冷卻該模具，以使該熔融硅自該等凸塊間的區(qū)域中開始長晶而形成一多晶硅晶錠。

其中，該等凸塊可設(shè)置于該模具的底面。