[發(fā)明專利]制造硅單晶籽晶和硅晶片的方法及硅晶片和硅太陽能電池

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310412780.6
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103710744A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 安德烈亞斯·克勞斯;朱莉安娜·沃爾特;拉明·希拉
• 申請（專利權）人: 太陽世界創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: C30B15/36
• 分類號: C30B15/36;C30B29/06
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠

技術領域

本發(fā)明涉及用于制造硅單晶籽晶和硅晶片的方法、硅晶片和硅太陽能電池。

背景技術

太陽能電池通常由硅制成，其中，單晶硅片和多晶硅片用于制造太陽能電池。相比于多晶硅電池，單晶硅電池具有明顯更高的效率，但是單晶硅電池在生產過程中是更加耗能并且是較為昂貴的。在單晶硅片的制造過程中，首先生產高純度硅的晶體，然后通常利用線鋸工藝將該晶體分割成薄片，該薄片也被稱為晶片。在單晶硅晶片的制造過程中，標準的方法是直拉法（Czochralski?method），在該方法中，拉制出圓柱棒，然后將圓柱棒鋸成準方形晶片，即帶有圓角的方形晶片。另一種已知的生產單晶硅晶片的方法是浮區(qū)熔法或區(qū)熔法（Floating-zone?or?zone?melting?process），但是該方法導致與直拉法類似的高生產成本。

一種用于生產大批量實質上是單晶硅塊的具有成本效益的方法是垂直布里奇曼法（Vertical-Bridgman?method）或垂直梯度凝固法（Vertical-Gradient-Freeze）。在這些已知的方法中，使高純度硅在坩堝中在1400℃以上熔融。緩慢冷卻熔融物質，然后形成具有均勻晶體結構的區(qū)域，其中，固化過程從坩堝底部開始發(fā)生。通過這種方法，可以生產邊緣長度70厘米以上、高度30厘米以上的硅塊。隨后，將硅塊分割成硅長方體，進而將硅長方體分成硅晶片。

對于在固化過程中大量單晶硅塊的生產而言，必要的是，大規(guī)格的單晶硅單晶籽晶設置在坩堝的底部，所述單晶硅單晶籽晶將其晶體取向傳遞至在熔融硅的固化過程中形成的硅塊。在公布文獻US2010/0192838A1中特別提供了一種這樣的工藝。在熔融硅的結晶過程中，生長表面具有根據(jù)米勒指數(shù)（Millers?index）由{100}表征的晶體取向，其中，隨后，表面的晶體取向用{xyz}表示，方向用[xyz]表示。

在該生長表面上結晶是優(yōu)選的，因為接下來能夠在{100}晶體表面實施結構化，所謂的堿性織構化（texturing）。在這里，形成微觀金字塔，其使得由于光輸入改善而引起太陽能電池的效率顯著提高。然而，沿[100]生長方向的晶體生長非常容易產生缺陷，特別是位錯簇這樣的缺陷。這些位錯簇形成自由電荷載流子的高活性的再結合中心，從而導致其傳播長度受到很大限制，并因此導致硅太陽能電池的效率受到很大限制。

因此，在出版文獻DE102010029741A1中建議的是，實施沿[110]方向的晶體生長，而不是沿[100]方向的晶體生長。因此，在坩堝的底部區(qū)域中，設置具有垂直于坩堝的底部的[110]晶體取向的硅單晶籽晶，該硅單晶籽晶然后將其晶體取向傳遞至固化的高純度硅。為了同時提供織構化的{100}晶片表面，硅單晶籽晶具有側表面，該側表面具有平行于坩堝側表面的{100}晶體取向。隨后，固化的硅塊被分割成水平硅長方體，所述水平硅長方體然后橫向于（transverse?to）長方體軸線被鋸割成硅晶片，以便再次產生{100}晶片表面。

導致硅塊的單向固化的硅單晶籽晶以常規(guī)方式通過直拉法或浮區(qū)法來生產。在這些方法中，生產具有塊軸線的[100]晶體取向的單晶硅塊。由于可通過上述方法生產直徑最大約40厘米的塊，因此，為了能夠完全覆蓋坩堝的底部區(qū)域，硅單晶籽晶是由幾部分組成的。

在出版文獻DE102010029741A1所描述的晶體生長方法的情況下，其中具有{110}晶體取向的籽晶表面和具有{100}取向的側表面是必要的，通過用于籽晶制造的直拉法或浮區(qū)法所生產的硅單晶塊被分成軌道（tracks），從而這些軌道的籽晶表面是{110}取向的。如此產生的籽晶的寬度自然不可能大于塊直徑。因此，需要若干籽晶部分彼此鄰近布置以完全覆蓋底部。

然而，在坩堝中的高純度硅的固化過程中，在硅單晶籽晶的各個部分之間的邊緣區(qū)域中，在晶體生長中存在干擾，從而在這里形成多晶區(qū)域。因此，在固化過程中，多晶硅生長的區(qū)域最優(yōu)選位于鋸割間隙的區(qū)域內，借此，固化的硅塊然后被分割成矩形硅長方體，優(yōu)選根據(jù)長方體的寬度來設定籽晶部分的尺寸。通過直拉法或浮區(qū)熔法所產生的硅單晶塊以相對于塊軸線呈45°的角度地旋轉，并且平行于[100]晶體取向切出的籽晶板因此優(yōu)選以157毫米的寬度得以制造，該寬度對應于標準的太陽能電池尺寸加上鋸割間隙，但其中導致非常昂貴的籽晶材料的耗費相當大。