[發(fā)明專利]多晶硅錠的制備方法、多晶硅鑄錠爐及硅片

有效

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• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104372404A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟召標(biāo);張鳳;汪晨
• 申請（專利權(quán)）人: 保利協(xié)鑫（蘇州）新能源運營管理有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 唐清凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能光伏材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅錠的制備方法、多晶硅鑄錠爐及硅片。

背景技術(shù)

目前晶硅電池占據(jù)光伏發(fā)電市場的90％以上市場份額，其中基于多晶硅片做襯底的多晶電池占據(jù)了晶硅電池的70％左右的市場份額。固體硅料投入鑄錠爐的坩堝內(nèi)，通過石墨電阻或感應(yīng)加熱，將硅料熔化，然后通過鑄錠熱場構(gòu)造的溫度梯度，從底部向上進行豎直方向的長晶，再經(jīng)過退火、冷卻制備多晶硅錠。多晶硅錠經(jīng)過開方工序加工成小方錠后，再通過多線切片設(shè)備沿著平行或垂直晶體生長方向切割成多晶硅片。光伏發(fā)電若要大規(guī)模的應(yīng)用，必須提高發(fā)電效率和降低發(fā)電成本。目前，鑄錠多晶硅片相對于直拉單晶硅片而言，具有絕對的成本優(yōu)勢，所以通過多晶硅片質(zhì)量的提高，進而提升多晶電池效率就顯得尤為重要。

目前的高效多晶硅錠，主要是通過成核促進層誘發(fā)長晶，成核促進層可以是碎硅料、單晶硅方棒或其它熔點>1400℃固體顆粒，誘發(fā)成核后晶粒沿著豎直方向向上生長。多晶硅錠開方成小方錠，再沿著平行或垂直晶體生長方向切割成多晶硅片。但這種方法僅能通過增加晶界數(shù)量抑制初始位錯密度，并不能有效減少后期晶粒豎直向上生長過程的位錯增殖，再加上過多的晶界，如圖1的PL照片所示，限制了此類方法制備高效多晶效率的繼續(xù)提升。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種能提升多晶硅片轉(zhuǎn)化效率的多晶硅錠的制備方法。

一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟：在坩堝內(nèi)設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料，其中所述坩堝的內(nèi)底面為相對水平方向傾斜設(shè)置的斜面，所述坩堝的底部的厚度在水平方向上逐步增大；控制長晶時的熱場，使橫向溫度梯度大于縱向溫度梯度，使硅料沿水平方向或與豎直方向呈銳角的方向生長。

在其中一個實施例中，所述控制長晶時的熱場，使橫向溫度梯度大于縱向溫度梯度，使硅料沿水平方向或與豎直方向有夾角的方向生長的步驟中：使隔熱籠靠近所述坩堝的底部最薄處的一面先單獨上升；在預(yù)定時間后，再使隔熱籠的其他部分一起上升。

還提出一種多晶硅鑄錠爐，包括爐體、置于爐體內(nèi)的隔熱籠、隔熱頂板、隔熱底板，位于隔熱籠內(nèi)的熱交換臺、位于熱交換臺上的坩堝，置于隔熱籠內(nèi)的頂加熱器和側(cè)加熱器，所述隔熱籠相對于所述隔熱底板和升降，所述坩堝的內(nèi)底面為相對水平方向傾斜設(shè)置的斜面，所述坩堝的底部的厚度在水平方向上逐步增大，隔熱籠靠近所述坩堝的底部最薄處的一面相對于隔熱籠的剩余部分可獨立運動。

在其中一個實施例中，所述隔熱籠靠近所述坩堝的底部最薄處的一面的熱導(dǎo)率大于隔熱籠剩余部分的熱導(dǎo)率。

在其中一個實施例中，所述坩堝的四個內(nèi)側(cè)面中，臨近所述坩堝的底部最薄處的坩堝內(nèi)側(cè)面上涂有形核促進層。

在其中一個實施例中，所述坩堝設(shè)置形核促進層的內(nèi)側(cè)面的熱導(dǎo)率大于坩堝其余各面的熱導(dǎo)率。

在其中一個實施例中，所述側(cè)加熱器為三面加熱，所述側(cè)加熱器自坩堝除設(shè)置形核促進層以外的其他側(cè)面進行加熱。

在其中一個實施例中，所述坩堝的內(nèi)底面的傾斜角度為5°～20°。

在其中一個實施例中，所述坩堝的四周設(shè)有側(cè)護板，所述側(cè)護板臨近所述坩堝的底部最薄處的一面的熱導(dǎo)率大于側(cè)護板其他三面的熱導(dǎo)率。

還提出一種硅片，所述硅片由前述任一項所述的方法制得的多晶硅錠切割而成。

上述多晶硅錠的制備方法，通過控制熱場，使橫向溫度梯度大于縱向溫度梯度，使晶粒沿水平方向或與豎直方向呈銳角的方向生長，硅錠生長過程中，由于固液界面不垂直于坩堝軸向(即豎直方向)，可以減少硅錠中的小角度晶界，有利于在高位錯密度形成前，將位錯密度長出晶體之外。因此，后續(xù)可以切割得到低晶界密度和低位錯密度的硅片，提升硅片的轉(zhuǎn)換效率。

上述多晶硅鑄錠爐，使用時可通過控制隔熱籠的運動，結(jié)合坩堝、側(cè)護板、加熱器，制造出橫向溫度梯度大于縱向溫度梯度的熱場，使晶粒沿水平方向或與豎直方向呈銳角的方向生長，后續(xù)可以切割得到低晶界密度和低位錯密度的硅片，提升硅片的轉(zhuǎn)換效率。

上述硅片，由前述的方法制得的多晶硅錠切割制得，晶界密度低，及位錯密度低。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)方法的硅片的PL照片；

圖2為多晶硅錠的制備方法的流程圖；

圖3為多晶硅鑄錠爐的示意圖；

圖4為坩堝的示意圖；

圖5為實施例一制得的硅片的PL照片；

圖6為實施例三制得的硅片的PL照片。

具體實施方式

請參考圖2，本發(fā)明提供一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟。