[發明專利]一種多晶硅錠及其制備方法

有效

• 申請號: 201610230120.X
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105755537B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 雷琦;胡動力;何亮;張學日
• 申請（專利權）人: 江西賽維LDK太陽能高科技有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

技術領域

本發明涉及多晶硅鑄錠領域，特別是涉及一種多晶硅錠及其制備方法。

背景技術

目前，在鑄造多晶市場，高效多晶硅片占據了主要地位，高效多晶鑄造主要包括全熔法和半熔法兩種，這兩種方法都需要在坩堝底部鋪設籽晶，待坩堝中的硅料熔化完畢后在籽晶上形核結晶形成多晶硅錠。

然而，現有的多晶硅鑄造方法生產的多晶硅錠的邊角區域由于坩堝導熱率差，結晶方向不穩定等因素，造成硅錠邊部區域的晶體缺陷密度較大，從而導致該區域硅錠制備成的太陽能電池轉換效率偏低；另外，多晶硅錠的邊部區域由于受到石英坩堝的污染，結晶過程中的熔體對流較差，該區域的雜質含量偏高，從而導致了電學性能的降低。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種多晶硅錠的制備方法，旨在降低硅錠邊部區域的硅晶體缺陷密度和雜質含量，提高該區域硅錠制備成的太陽能電池的轉換效率。

第一方面，本發明提供一種多晶硅錠的制備方法，包括：

在坩堝底部中心鋪設普通籽晶形成第一籽晶層，在坩堝底部靠近坩堝側壁的區域鋪設具有高密度晶體缺陷的籽晶，形成第二籽晶層；所述第二籽晶層形成在所述第一籽晶層四周，所述第一籽晶層和第二籽晶層完全覆蓋所述坩堝底部；

在所述第一籽晶層和第二籽晶層上設置熔融狀態的硅料，控制所述坩堝底部的溫度，使所述第一籽晶層和第二籽晶層不被完全熔化；

控制坩堝內熱場形成過冷度，并控制所述坩堝內的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在未熔化的第一籽晶層和第二籽晶層上結晶凝固，待全部結晶完后，經退火冷卻得到多晶硅錠。

本發明中，所述具有高密度晶體缺陷的籽晶為平均位錯密度大于1×10⁶/cm²的籽晶，優選位錯在籽晶中均勻分布的籽晶，位錯源包括本體位錯、小角度晶界、雜質應力等。所述具有高密度晶體缺陷的籽晶可以為單晶或多晶。

本發明中，所述第二籽晶層的厚度為1-3cm，所述第二籽晶層的寬度為1-3cm。第二籽晶層的寬度即坩堝側壁與第一籽晶層之間的距離。優選地，第一籽晶層在坩堝底部中心鋪設成方形。

本發明中，所述第一籽晶層的厚度為1-3cm。

本發明中，所述第二籽晶層的厚度小于或等于所述第一籽晶層的厚度。

本發明中，所述結晶凝固過程中控制過冷度為-1K～-30K，形成以(110)(112)占優的晶向，同時由于形核階段形成大量的隨機大角度晶界，晶界為原子錯排區，晶粒內的位錯滑移到晶界處湮滅，阻止位錯的增殖擴展，使得硅錠的整體位錯減少，從而提高晶體硅的轉換效率。

本發明中，當所述第二籽晶層的厚度小于所述第一籽晶層的厚度時，進一步在所述第二籽晶層上鋪設所述普通籽晶形成第三籽晶層。第三籽晶層的寬度與第二籽晶層的寬度一致。

本發明中，第一籽晶層和所述第三籽晶層的普通籽晶為單晶或多晶，所述普通籽晶的平均位錯密度小于1×10⁴/cm²。

本發明中，在所述第一籽晶層和第二籽晶層上設置熔融狀態的硅料為：在所述第一籽晶層和第二籽晶層上方裝載固體硅料，對所述坩堝進行加熱使得所述硅料熔融形成硅液；或者，在另外一個坩堝內加熱固體硅料，制得熔融狀態的硅料，將所述熔融狀態的硅料澆鑄至所述鋪設有第一籽晶層和第二籽晶層的坩堝內。

本發明中，使所述第一籽晶層和第二籽晶層不被完全熔化是指部分第一籽晶層和第二籽晶層熔化，同時保持部分第一籽晶層和第二籽晶層不熔化。優選地，未熔化的第一籽晶層和第二籽晶層的厚度為原始鋪設的第一籽晶層和第二籽晶層厚度的5％～95％。

本發明中，控制坩堝內熱場形成過冷度，并控制所述坩堝內的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，此時，坩堝中心的硅液在未熔化的第一籽晶層上生長，長成高效多晶；而靠近坩堝側壁的硅液則在未熔化的第二籽晶層上繼續生長，長成具有高密度晶體缺陷的多晶硅或者單晶硅。

現有技術中的多晶硅鑄造方法是在石英坩堝的底部設置籽晶促進形核生長出高效多晶硅錠，在生長過程中石英坩堝側壁隨機形核產生的晶體方向雜亂無章造成生長應力，同時在靠近坩堝側壁區域含有較多的晶體缺陷，嚴重影響了高效多晶硅錠的邊部區域的晶體質量，降低了該區域制備的太陽能電池的轉換效率。