[發(fā)明專利]一種使用氧化鋁薄膜作為阻擋層的準單晶硅鑄錠用坩堝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810688397.6
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108796605A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余學(xué)功;胡澤晨;楊德仁
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06;C23C16/455;C23C16/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種使用氧化鋁薄膜作為阻擋層的準單晶硅鑄錠用坩堝，所述坩堝的底座內(nèi)表面設(shè)有氮化硅涂層和阻擋層，所述阻擋層為表面沉積有Al₂O₃薄膜的太陽能級單晶硅片。通過本發(fā)明提供的準單晶硅鑄錠用坩堝鑄造的準單晶硅鑄錠底部紅區(qū)寬度可限制到約5mm左右，鑄錠的少子壽命大于2μs；有效提高了準單晶硅錠的利用率。將本發(fā)明提供的準單晶錠切割成硅片，硅片中的雜質(zhì)濃度較低，硅片的少子壽命較高，制成電池后的效率較高，其平均轉(zhuǎn)換效率為18％～18.5％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于準單晶硅鑄錠領(lǐng)域，具體涉及一種使用氧化鋁薄膜作為阻擋層的準單晶硅鑄錠用坩堝。

背景技術(shù)

太陽能作為可再生清潔能源，因其具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡單、資源廣闊等其他常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在并網(wǎng)發(fā)電、民用發(fā)電、公共設(shè)施及一體化節(jié)能建筑等方面。而在太陽能發(fā)電領(lǐng)域，晶體硅光伏發(fā)電系統(tǒng)占據(jù)新能源光伏發(fā)電市場的主要地位。市場對影響光伏發(fā)電的原料——單/多晶硅的品質(zhì)要求日益嚴格。

目前的準單晶鑄造/多晶鑄造過程中，由于高溫下坩堝中的雜質(zhì)如鐵、氧、碳等會擴散進入硅錠，其中鐵等金屬雜質(zhì)會嚴重降低硅錠的少子壽命，導(dǎo)致硅錠底部出現(xiàn)較寬的少子壽命小于2μs的區(qū)域，即紅區(qū)。較寬的紅區(qū)會導(dǎo)致制成的太陽電池片的效率大幅度降低，嚴重影響鑄錠的利用率。

現(xiàn)有降低鑄造準單晶硅錠/多晶硅錠底部紅區(qū)寬度的方法主要有以下幾種：1、采用高純坩堝。2、采用高純氮化硅涂層。3、采用高純原料等。但是其降低硅錠底部紅區(qū)寬度的效果都比較有限，而且采用高純材料提高了鑄錠成本。

如申請?zhí)枮?01610932534.7的中國專利申請，公開了一種具有高效隔絕性能的氮化硅涂層的制備方法，將其應(yīng)用于多晶硅錠的鑄造，鑄錠開方時測試紅區(qū)寬度底部最小為23mm；相比于傳統(tǒng)的工業(yè)方法制得的硅錠的紅區(qū)寬度20～28mm，效果并不理想，另外因其使用原料純度很高，造成了高昂的生產(chǎn)成本。專利號為CN104651932B的中國專利公開了一種內(nèi)壁設(shè)有石英砂涂層的多晶石英陶瓷坩堝，以其進行多晶硅鑄錠，可有效減少石英陶瓷坩堝內(nèi)部雜質(zhì)元素想硅錠內(nèi)部擴散，實驗結(jié)果顯示，多晶硅鑄錠的紅區(qū)寬度可降至10mm以下。

相比鑄造多晶硅材料，鑄造準單晶硅一般不含有晶界，位錯密度明顯降低，少子壽命較高，材料質(zhì)量高于鑄造多晶硅。因此，開發(fā)能夠有效降低鑄造準單晶硅錠紅區(qū)寬度的方法對推動單晶硅的光伏應(yīng)用，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種使用氧化鋁薄膜作為阻擋層的準單晶硅鑄錠用坩堝，以其用于準單晶硅鑄造可以有效降低硅錠底部紅區(qū)寬度，提高準單晶硅錠的利用率。

一種使用氧化鋁薄膜作為阻擋層的準單晶硅鑄錠用坩堝，所述坩堝的底座部內(nèi)表面設(shè)有氮化硅涂層，氮化硅涂層上設(shè)有阻擋層，所述阻擋層為表面沉積有Al₂O₃薄膜的基片。

所述阻擋層的制備方法為：在基片上通過原子層沉積法(Atomic layerdeposition，ALD)沉積Al₂O₃薄膜，其工藝參數(shù)為：沉積溫度為150～200℃、惰性氣體壓力為0.15～0.2torr，反應(yīng)源的脈沖時間為0.015～0.025秒，沉積循環(huán)次數(shù)為100～300次。

所述的反應(yīng)源為三甲基鋁(TMA)和水。

所述阻擋層的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)預(yù)處理太陽能級單晶硅片；

(2)反應(yīng)腔經(jīng)排空氣后充入惰性氣體，控制氣壓為0.15～0.2torr，同時控制反應(yīng)腔溫度為150～200℃；