[發(fā)明專利]一種基于定向凝固鑄錠的類單晶硅生產(chǎn)工藝

有效

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• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105603509B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 王強;徐建均;吳亭溪;陳云;鄧潔;劉培生
• 申請（專利權）人: 南通大學;南通友拓新能源科技有限公司
• 主分類號: C30B11/14
• 分類號: C30B11/14;C30B29/06
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權代理有限公司11340
• 代理人: 王澤云

技術領域

本發(fā)明涉及基于定向凝固鑄錠的類單晶硅生產(chǎn)工藝，屬于硅晶體制造領域。

背景技術

近年來，單晶硅和多晶硅廣泛應用于光伏太陽能電池、液晶顯示等領域。目前類硅單晶的常用制造方法為定向凝固法，該方法在平底坩堝底部鋪設長方體籽晶，籽晶規(guī)則排列形成籽晶層。硅料置于平底坩堝內，鋪設于籽晶層上。通過熔化階段的溫度控制，待硅料熔融后，籽晶從與硅液接觸的面開始逐漸熔化，再經(jīng)定向散熱而在未熔化籽晶上實現(xiàn)硅錠的定向生長，獲得與籽晶相似或一樣的晶粒。

長方體籽晶規(guī)則排列的拼接方式下，定向凝固法生長類單晶的過程中，易產(chǎn)生位錯源，進而導致后續(xù)晶體位錯增殖，或形成多晶晶界。經(jīng)研究表明，晶界導致單晶面積比例下降，位錯導致硅片形成大量的缺陷，太陽能電池的光電轉換效率降低、使用壽命減短，從而影響光伏器件的性能。

為此，中國發(fā)明專利申請CN 103060892 A公開了“一種類單晶硅鑄錠用籽晶拼接方法”，將籽晶傳統(tǒng)的豎直拼接面改為帶有傾斜角度或弧度的拼接面。采用拼接面切向與平底坩堝底部平面的法線方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通過改變籽晶的形狀來減少位錯源，甚至減少多晶晶界產(chǎn)生，實現(xiàn)全單晶，位錯源少的類單晶生長。進而減少了硅片的位錯缺陷，提高了單晶面積比例，提高了太陽能電池的光電轉換效率、延長了電池的壽命，從而提高了光伏器件的性能。

然而發(fā)明人經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，上述方法仍在存在缺陷。雖然斜面拼接結構一定程度上減少了間隙的產(chǎn)生，但是由于斜面光滑使得該籽晶拼接方式在籽晶拼接和硅料裝填過程中，可能因壓力導致籽晶拼接變形，從而影響后續(xù)單晶鑄錠質量，對籽晶的拼接提出了很高的技術要求，工藝容差性能變差。同時，在加熱過程中緊致排列的籽晶受熱膨脹，可能會翹起，籽晶之間的拼接縫隙會變大，導致后續(xù)晶體位錯增殖，或形成多晶晶界。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種基于定向凝固鑄錠的類單晶硅生產(chǎn)工藝，單晶鑄錠質量較高。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出的一種基于定向凝固鑄錠的類單晶硅生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟如下：

T1、在平底坩堝底部鋪設籽晶碎塊；

T2、將拼接好的平板籽晶塊整體放入坩堝，使平板籽晶塊外邊緣與坩堝內壁之間留有均勻的間隙；

T3、將邊框籽晶塊沿著坩堝四周內壁插入平板籽晶塊外邊緣與坩堝內壁之間的間隙并下壓，使邊框籽晶塊的壓塊壓住平板籽晶塊；

T4、在籽晶塊上鋪設硅料；

T5、將坩堝放入鑄錠爐內并抽真空；

T6、通過熔化階段的溫度控制，使硅料熔融滲入拼接縫隙，籽晶從與硅液接觸的面開始逐漸熔化；

T7、經(jīng)定向散熱，在未熔化籽晶上實現(xiàn)硅錠的定向生長，獲得類單晶鑄錠。

本發(fā)明進一步的改進在于：

1、所述邊框籽晶塊呈倒L型，邊框籽晶塊上端向內延伸形成壓塊，用于壓住平板籽晶塊的周邊。

2、所述平板籽晶塊的拼接結構為卡槽結構、扣板結構、梯形結構中的一種。

3、所述平板籽晶塊開設有橫向柱形孔，相鄰平板籽晶塊拼接后，所述橫向柱形孔對拼形成長條形柱形腔，該柱形腔內插入有硅棒，所述硅棒與柱形通孔內壁的間隙小于0.5mm

4、所述硅棒通過鉆機在籽晶塊上橫向鉆取獲得，鉆取硅棒后在籽晶塊上留下的鉆孔即為所述柱形孔。

本發(fā)明的邊框籽晶塊具有能夠壓住平板籽晶塊的壓塊，因此當平板籽晶塊放入坩堝后即被固定住而不可晃動，由于邊框籽晶塊的擠壓作用，降低平板籽晶塊受熱翹起的可能，確保單晶鑄錠質量。此外，借助邊框籽晶塊，平板籽晶塊能夠更接近水平的放置于坩堝內，為提高鑄錠質量奠定了基礎。

相對于傳統(tǒng)類單晶硅鑄錠工藝，本發(fā)明工藝中使用了特有結構的籽晶塊，使得鑄錠過程中，拼接面縫隙能夠得到很好的控制，提高了單晶面積比例；并且由于邊框籽晶塊的限位作用，防止籽晶塊受熱翹起，提高鑄錠質量。此外；本發(fā)明鑄錠工藝中籽晶拼接方法簡單，操作人員容易掌握，且拼接質量能夠得到有效保證，從而使本發(fā)明類單晶硅鑄錠工藝能夠在工業(yè)上實現(xiàn)，具有較強的實用價值。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1是實施例一籽晶塊拼接示意圖。

圖2是實施例二籽晶塊拼接示意圖。

圖中標號示意如下：1-邊框籽晶塊，2-平板籽晶塊，3-硅棒。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例一