[實用新型]用于長晶的坩堝單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320173255.9
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN203187772U
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 邵任民;黃志偉;劉安鈞;陳偉暉
• 申請（專利權(quán)）人: 昱成光能股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京泰吉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11355
• 代理人: 張雅軍;秦小耕

技術(shù)領域

本實用新型涉及一種坩堝單元(crucible?unit)，特別是涉及一種用于長晶的坩堝單元。

背景技術(shù)

多晶硅(polycrystalline?Si)的晶粒尺寸(grain?size)及形態(tài)影響到太陽能電池(solar?cell)的性能。晶粒尺寸適中(如約10mm)且均一的多晶硅晶片(Si?wafer)有助于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率(photon-to-current?conversion?efficiency；PCE)。然而，此技術(shù)領域的相關技術(shù)人員皆知，欲得到晶粒尺寸適中且均一的晶粒，主要是取決于晶錠(ingot)在成長過程中，其初始的成核(nucleation)是否控制得當。

就成長一多晶硅晶錠的技術(shù)簡單地來說，主要是先將一硅原料放置在一石英(quartz)坩堝內(nèi)并高溫加熱該硅原料，使石英坩堝內(nèi)的硅原料因高溫而融解成一硅熔湯；進一步地，通過該石英坩堝下方所設置的一定向取熱塊來對該硅熔湯進行吸熱，使該硅熔湯自該石英坩堝底部朝上漸漸地凝固以成長出該多晶硅晶錠。

此技術(shù)領域的相關技術(shù)人員當知，由于晶體的法向生長速率(normal?growth?rate，Rn=c．ΔT)是與熔湯的過冷度(undercooling，ΔT)呈線性關系。所謂熔湯的過冷度(ΔT)，指的是晶錠在定向凝固成長的成核期，晶核(nucleus?of?crystalline)在石英坩堝底部內(nèi)外的溫度差。一旦石英坩堝底部的厚度相同時，晶核在石英坩堝底部內(nèi)外的溫度差便相同。因此，多晶硅晶錠在定向凝固成長過程中的成核期，石英坩堝底部便會不均勻地隨機形成出一層雜亂分布的晶核。也正因為晶核的雜亂分布以致于晶核在晶粒成長的過程中，往往會受到周圍其他相似晶粒的束縛，因而沒有充分自由的成長空間，使得晶粒的成長受到限制，導致最終得到的晶粒尺寸不均。為解決晶粒尺寸不均的問題，此技術(shù)領域的相關技術(shù)人員近幾年來也提出了一些解決的方案。

參圖1與圖2，中國授權(quán)公告號CN201962402U實用新型專利案公開一種多晶硅鑄錠用石英坩堝1。該多晶硅鑄錠用石英坩堝1包括：一個底壁11及一個圍繞該底壁11的圍壁12，并由該底壁11與該圍壁12共同界定出一個容置硅原料的容置空間10。該底壁11形成有多個自該底壁11的一上表面朝下相間隔地凹陷的圓錐形凹坑111。該多晶硅鑄錠用石英坩堝1的各圓錐形凹坑111設計的主要目的是在于，形成粗大且均勻的硅晶粒，進而提高多晶硅太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。

然而，該底壁11中的圓錐形凹坑111設計大多為尖銳輪廓；因此，該底壁11的應力集中因子(stress?concentration?factor)高。采用該多晶硅鑄錠用石英坩堝1來制造成長硅晶鑄錠時，該底壁11容易因其本身材質(zhì)與硅熔湯兩者間的高熱膨脹系數(shù)(thermal?expansion?coefficient)差而誘發(fā)裂縫，進而使得該多晶硅鑄錠用石英坩堝1破裂，并導致硅熔湯溢流的風險。

參圖3與圖4，中國臺灣證書號M444886新型專利案公開一種用于制造硅晶鑄錠的鑄造模2。該用于制造硅晶鑄錠的鑄造模2，包括：一個底壁21及一個圍繞該底壁21的圍壁22，并由該底壁21與該圍壁22共同界定出一容置硅熔湯(圖未示)的容置空間20。該底壁21形成有多個自該底壁21的一上表面朝下相間隔地凹陷的弧形凹坑211；其中，各弧形凹坑211的尺寸是介于5mm至10mm間，且兩相鄰弧形凹坑211間距是介于0.1mm至10mm間。該用于制造硅晶鑄錠的鑄造模2主要是利用該底壁21的各弧形凹坑211，以避免該底壁21于硅晶鑄錠的制造時誘發(fā)出裂縫，進而降低硅熔湯溢流的風險。

然而，所述弧形凹坑211布滿于該鑄造模2的底壁21；相對地，最終所完成的硅晶鑄錠的底部也會在各弧形凹坑211對應處，形成有多個外觀互補于各弧形凹坑211的弧形凸塊(圖未示)。因此，所述布滿于硅晶鑄錠底部的弧形凸塊也導致該硅晶鑄錠在縱向垂直切割(squaring)過程中，因各弧形凸塊所殘存的內(nèi)應力而導致硅晶鑄錠崩裂。因此，所述弧形凹坑211的設計無形中也降低了硅晶鑄錠的有效使用率。

經(jīng)上述說明可知，改良長晶用的坩堝結(jié)構(gòu)以使得晶錠于成核期所形成的晶核得以較為均勻地分布于坩堝底部，并提高晶核在晶粒成長過程中的成長空間，以避免晶粒的成長受到限制，同時也提升晶錠的有效使用率，是此技術(shù)領域的相關技術(shù)人員所待突破的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種用于長晶的坩堝單元，使得晶錠于成核期所形成的晶核可均勻地分布，并提升晶錠的有效使用率。