[發明專利]坩堝組合及利用該坩堝組合制造硅晶鑄錠的方法

有效

• 申請號: 201510012100.0
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104790031B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 余文懷;莊國偉;周鴻升;楊瑜民;許松林;李依晴;徐文慶
• 申請（專利權）人: 昆山中辰矽晶有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

一種坩堝組合以及利用該坩堝組合制造硅晶鑄錠的方法。本發明的坩堝組合包含坩堝主體以及纖維編織體。纖維編織體由多根碳纖維所構成，并且安置于坩堝主體的底部上。纖維編織體具有多個本質的孔洞，且成無序排列。

技術領域

本發明關于一種坩堝組合以及利用該坩堝組合制造硅晶鑄錠的方法，并且特別地，關于可以利用來制造出減少雜質、降低氧含量、減少紅區的硅晶鑄錠的坩堝組合。并且，利用本發明的坩鍋所制造的硅晶鑄錠其后續制成的太陽能電池的光電轉換效率明顯提升。

背景技術

大多的太陽能電池吸收太陽光，進而產生光伏效應(photovoltaic effect)。目前太陽能電池的材料大部分都是以硅材為主，主要是因硅材為目前地球上最容易取到的第二多元素，并且其具有材料成本低廉、沒有毒性、穩定性高等優點，并且其在半導體的應用上已有深厚的基礎。

以硅材為主的太陽能電池有單晶硅、多晶硅以及非晶硅三大類。以多晶硅做為太陽能電池的原材，主要是基于成本的考慮，因為其價格相較于以傳統的拉晶法(Czochralski method,CZ method)以及浮動區域法(floating zone method,FZ method)所制造的單晶硅，價格相對地便宜許多。

使用在制造太陽能電池上的多晶硅，傳統上是利用一般鑄造工藝來生產。利用鑄造工藝來制備多晶硅，進而應用在太陽能電池上是本技術領域的現有的技術。簡言之，將高純度的硅熔融在石英坩堝內，在控制凝固下被冷卻以形成多晶硅鑄錠。接著，多晶硅鑄錠被切割成接近太陽能電池尺寸大小的晶圓，進而應用在制造太陽能電池上。以這種方法制造的多晶硅鑄錠為硅結晶晶粒的聚集體，其中在由其制成的晶圓中，晶粒相互之間的晶向實際上是隨機的。

在現有的多晶硅中，因為晶粒的隨機晶向而難以對所制成的芯片表面進行粗糙化(texturing process)。表面粗糙化后可降低光反射并提高通過電池表面的光能吸收，來提高光伏電池的效率。另外，在現有的多晶硅晶粒之間的晶界中形成的扭/位錯/缺陷，傾向形成成核位錯的簇集，或形成多條線位錯形式的結構缺陷。這些位錯以及它們趨向吸引的雜質，造成了由現有的多晶硅制成的光伏電池中電荷載子的快速復合。這會導致電池的效率降低。由這類多晶硅制成的光伏電池通常比由單晶硅制成的等效光伏電池的效率低，即使考慮了在由現有技術制造的單晶硅中所存在的缺陷的徑向分布。然而，因為制造現有的多晶硅相對簡單且成本更低，以及在電池加工中有效的缺陷鈍化，多晶硅成了廣泛用于制造光伏電池的硅材料的形式。

現有技術已揭露在坩堝的底部鋪設單晶粒晶種層并基于方向性凝固制成硅晶鑄錠。以這種方法，能夠鑄造具有高性能的單晶硅和/或雙晶(bi-crystal)或類單晶(mono-like crystal)硅塊狀體的鑄錠，后續制成晶圓的少數載子的壽命能被最大化，晶圓用于制造高效太陽能電池。在此，術語單晶硅是指單晶硅的主體，其在整個范圍內具有一個一致的晶體晶向。術語雙晶硅是指如下的硅的主體，其在大于或等于所述主體體積50％的范圍內具有一個一致的晶體晶向，且在主體的剩余體積內具有另一個一致的晶體晶向。例如，這種雙晶硅可以包含具有一個晶體晶向的單晶硅主體，其緊鄰構成結晶硅剩余體積的另一種具有不同晶體晶向的單晶硅主體。術語類單晶硅是指如下的結晶硅的主體，其在超過主體體積的75％的范圍內具有一個一致的晶體晶向。此外，現有的多晶硅是指具有厘米規模的細微性分布的結晶硅，且在硅的主體內具有多種隨機晶向的晶體。

現有技術也有在坩堝的底部鋪設多晶硅或單晶硅碎料(granulars)構成的成核促進層協助硅晶粒成核并基于方向性凝固，最終成長成底部為小尺寸硅晶粒、整體缺陷密度低之硅晶鑄錠。藉由小晶粒作為成核促進層，能夠藉由晶粒細化抑制位錯生成，進而減少其生長之機會。此種硅晶鑄錠后續制成的太陽能電池的光電轉換效率也相當高。