[發明專利]一種用于制備多晶硅錠的坩堝及多晶硅錠的生長方法

有效

• 申請號: 201410276658.5
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104018222A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 黃仕華;陳達
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/10;C30B15/10
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

技術領域

本發明屬于光伏電池技術領域，特別涉及一種用于制備多晶硅錠的坩堝及多晶硅錠的生長方法。

背景技術

隨著我國經濟的持續快速發展，我國已成為世界上第二大石油消耗國和輸入國，能源壓力將日趨嚴重，能源安全問題早己提到議事日程上。根據太陽能利用方面目前的發展狀況，在今后幾十年，太陽能電池將得到持久的發展。從國內外的發展現狀來看，要實現我國太陽能電池工業的跨越式發展，必須解決相關的技術瓶頸和更新發展觀念。晶體硅材料是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上，而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。目前使用較普遍的依舊是晶體硅太陽能電池，其中包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。利用直拉法生長的單晶硅，用單晶籽晶進行引晶，經過旋轉提拉得到單晶硅棒，僅含一個晶粒，具有低缺陷、高轉換效率等特點。但是，這種方法對原料及操作要求高，由于單次投料少，產品成本較高，太陽能電池存在較大的衰減。采用定向凝固法生長的多晶硅，具有單次投料量大、操作簡易、成本低廉等特點，電池效率的衰減比單晶硅電池小很多。但在利用這種方法生長的多晶硅通常含有大量晶界及缺陷，使得多晶硅太陽能電池的轉換效率較單晶硅電池低。

近年來，融合單晶硅和多晶硅的優勢、基于多晶鑄錠的工藝的準單晶技術引起了人們的極大興趣，這種通過鑄錠的方式形成單晶硅的技術，其能耗只比普通多晶硅高出5%左右，但所生產的單晶硅的質量接近直拉單晶硅。與多晶硅相比，準單晶硅片晶界少，位錯密度低，電池的轉換效率接近直拉單晶硅電池片；與單晶硅相比，準單晶電池的光致衰減低，單次投爐料大，生產效率高，切片工藝簡單，成本低。

國內眾多高校、研究所與企業對用鑄錠法生長高效多晶硅錠進行了研究。中國專利申請201010198142.5公布了使用籽晶生長準單晶硅的方法，該方法雖說對籽晶經行了重復利用，但是使用硅錠頭尾料作為下一次生長的籽晶，由于硅錠頭尾料中富含大量的雜質與缺陷，重復效果并不良好。若使用單晶硅塊，成本的增加是在所難免的。中國專利申請201010564154.5?公布了一種坩堝及用該坩堝生長準單晶硅的方法，該類坩堝結構復雜，同時若使用籽晶不單單增加了鑄錠成本，其難度也上升了較多。在不增加成本或增加較少成本的情況下，利用生長多晶硅錠的設備生長出高質量的多晶硅或準單晶硅，是提高晶硅太陽能電池轉換效率和產品競爭力的關鍵。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種能夠使晶體根據生長幾何淘汰規則，實現競爭生長、淘汰，最終形成高質量單晶的坩堝。

本發明的另一個目的是提供一種利用上述坩堝生長多晶硅錠的生長方法。

為實現第一個發明目的，本發明的技術方案是：一種用于制備多晶硅錠的坩堝，其特征在于：所述坩堝為中空的矩形結構，底面為正方形；所述正方形的底面上設有若干個的“V”型長槽，所述“V”型長槽均平行于正方形底面的其中一邊；所述“V”型長槽兩邊的夾角為直角。

進一步地，所述正方形的底面上設有一個“V”型長槽，“V”型長槽位于坩堝底部的中間。

進一步地，所述正方形的底面上設有兩個互相平行的“V”型長槽，兩個“V”型長槽鄰近坩堝壁的邊的延長線與坩堝壁的交點和兩個長槽相鄰邊的延長線的交點處于同一高度。

進一步地，所述正方形的底面上設有三個互相平行的“V”型長槽，其中一個長槽位于坩堝底部的中間，另外兩個“V”型長槽鄰近坩堝壁的邊的延長線與坩堝壁的交點和這兩個槽的另一邊的延長線與中間長槽的相鄰邊的延長線的交點處于同一高度。

進一步地，所述正方形的底面上設有多個互相平行的“V”型長槽，所述“V”型長槽靠近坩堝壁的斜邊的延長線與坩堝壁的交點所處的高度和兩相鄰“V”型長槽的相鄰斜邊的延長線的交點所處的高度是一致的。

進一步地，所述“V”型長槽的槽深為8?mm，槽口距離為16?mm，槽長度與坩堝內底部正方形邊長一致。

進一步地，所述坩堝底面厚度為20?mm，坩堝壁厚度為12?mm，內表面噴涂氮化硅涂層。

??為實現第二個發明目的，本發明的技術方案是：一種多晶硅錠的生長方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）控制溫度使“V”型長槽內的熔融硅率先降溫到1410?℃；

2）提升保溫桶使熔融硅從“V”型長槽內的底部開始形核生長；

3）控制保溫桶的提拉速度，使生長速度快的晶體首先達到“V”型長槽的上頂面，“V”型長槽內晶體的結晶速度2?mm/h；