[發明專利]一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法

在審

• 申請號: 201710019712.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106835271A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王強;尤敏;陳云;朱海峰;鄧潔;鄧洪海;章國安
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明屬于多晶硅熔化領域，涉及一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。

背景技術

熔化是鑄錠過程中非常重要的階段，硅料熔化的快慢、熔化的均勻性對于半熔工藝顯得非常重要。一般來說，由于鑄錠爐的加熱器位于鑄錠爐的頂部和側壁，因此，爐內硅料的熔化主要是從頂部開始，然后逐漸向下熔化。在重力的作用下，熔融的硅液會向下滲透，在滲透的過程中逐漸熔化通過路徑上的硅料，最后達到全部熔化的目的。但是，由于硅料的尺寸大小不一，硅料的成分也不均勻，因此，必然有的地方熔化快，有的地方熔化慢。當熔化快的區域到達籽晶層后，開始熔化籽晶層，而熔化慢的區域還沒有接觸到籽晶層，一般來說，籽晶層的厚度僅有15-20mm，因此，如果有區域熔化特別快的話，必然造成在該區域的籽晶層的過熔甚至熔穿，如果考慮到熔化溫度分布不均勻，某些區域的熔化更快，更容易造成籽晶層的熔穿。當籽晶層被熔穿后，其成核基底情況發生變化。由同質基底變為異質基底。異質基底由于晶格結構的失配，引入雜質等多種原因，易于在硅錠結晶的初期引入大量的缺陷簇，這些缺陷簇形成后會沿著結晶方向快速擴展，形成缺陷網絡，造成硅錠質量下降，因此，需要采用一種更好的裝料方式避免過熔區域的形成，減少缺陷簇發生的概率。

發明內容

本發明目的是：提供一種避免過熔區域的形成，減少缺陷簇發生概率的緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。

本發明的技術方案是：一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：

步驟a、在坩堝底部鋪設一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層；

步驟b、在籽晶層上碼放小顆粒原生多晶硅料和細小多晶硅碎片，作為緩沖層；

步驟c、在緩沖層上碼放一層多晶硅晶磚，作為阻擋層，所述阻擋層的中心處共使用25塊晶磚，邊側各用晶磚填滿；

步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的多晶硅晶磚的縫隙填滿；

步驟e、在阻擋層上逐層碼放如下硅料：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-120mm。

作為優化：所述步驟a中的籽晶層厚度為12-18mm。

作為優化：所述步驟b中的緩沖層的填充高度為100-150mm。

作為優化：所述步驟c中多晶硅晶磚的長、寬、高分別為156mm、156mm、30-40mm。

作為優化：所述坩堝內側壁上設有多晶硅晶磚作為保護層。

本發明的有益效果如下：

1、本發明中的緩沖式籽晶熔化控制技術截斷了硅熔液從頂部熔化后直接沿硅料縫隙侵蝕籽晶層的通道，避免了籽晶層出現局部過熔現象。采用緩沖式籽晶熔化控制技術可以延長硅錠的直線缺陷區的長度，降低硅錠底部紅區的高度，提高硅錠質量。

2、本發明采用在籽晶層上方設置了多晶硅晶磚構成的阻擋層，使得阻擋層上方硅料熔化更徹底，形成平直的熔液界面，當硅液熔過阻擋層后，在阻擋層下方是由小顆粒的原生多晶硅和多晶硅碎片構成的致密硅料層，作為緩沖層，這使得熔液向下熔化的界面保持平直，最后與籽晶層接觸時，熔液與籽晶層的接觸面積大、均勻，固液界面平直。因此，通過阻擋層與緩沖層的組合應用，能夠得到平直的固液界面，硅錠更易于進行外延生長，晶粒更均勻，柱狀晶更完整，減少了缺陷簇和晶粒晶界的形成，提高了硅錠的質量。

3、本發明使用相同工藝制備太陽電池，緩沖式裝料方式的硅錠的產品收率更高，硅片的效率更高。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：

圖1、為本發明的結構示意圖；其中：1籽晶層，2緩沖層，3阻擋層，4硅料，5保護層，6坩堝；

圖2(a)常規工藝制備多晶硅錠示意圖；

圖2(b)緩沖式籽晶熔化控制技術制備多晶硅錠示意圖；

圖3為本發明中常規工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術硅錠缺陷密度從底部到頂部的分布示意圖；

圖4所示為常規工藝和使用籽晶熔化控制技術硅錠制備太陽能電池的轉換效率的分布圖。

具體實施方式

具體實施例：

如圖1所示，一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：

步驟a、在坩堝6底部鋪設一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層1，所述籽晶層1厚度為12-18mm；

步驟b、在籽晶層1上碼放小顆粒原生多晶硅料和細小多晶硅碎片，作為緩沖層2，所述緩沖層2的填充高度為100-150mm；