[發(fā)明專(zhuān)利]提高單晶硅品質(zhì)的熱場(chǎng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911410265.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110923807B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆廣寧;楊紅濤;董永見(jiàn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧晉晶興電子材料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B15/14
• 分類(lèi)號(hào): C30B15/14;C30B29/06
• 代理公司: 北京市萬(wàn)慧達(dá)律師事務(wù)所 11111
• 代理人: 張一帆

本發(fā)明公開(kāi)一種提高單晶硅品質(zhì)的熱場(chǎng)及方法。熱場(chǎng)包括石英坩堝以及同軸等徑設(shè)置的主加熱器和副加熱器，主加熱器相對(duì)于石英坩堝的中上部設(shè)置，由若干個(gè)等長(zhǎng)的主加熱瓣環(huán)設(shè)而成；副加熱器相對(duì)于石英坩堝的下部設(shè)置，由若干個(gè)等長(zhǎng)的副加熱瓣環(huán)設(shè)而成，主加熱器和副加熱器的表面還噴涂有用以避免碳揮發(fā)的耐高溫水基納米涂層。方法包括采用前述熱場(chǎng)生產(chǎn)單晶硅，包括清潔多晶硅料、清爐、裝料、化料、二次加料、引頸、放肩、等徑、收尾和提出的步驟。本發(fā)明提供的熱場(chǎng)可以減少熱對(duì)流，降低單晶硅中單晶氧元素等雜質(zhì)的含量，由該方法制得的單晶硅中氧、碳、金屬等雜質(zhì)含量少，用于生產(chǎn)電池片時(shí)，可以有效提高電池的效率，降低電池片的衰減。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及單晶硅生長(zhǎng)及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高單晶硅品質(zhì)的熱場(chǎng)及方法。

背景技術(shù)

在太陽(yáng)能電池產(chǎn)品中，電池片主要以硅半導(dǎo)體材料為主，一般分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。目前開(kāi)發(fā)得最快的太陽(yáng)能電池是單晶硅太陽(yáng)能電池，這種太陽(yáng)能電池以高純的單晶硅棒為原料制備而成，具有較高的轉(zhuǎn)換效率和可靠性，因此，被市場(chǎng)廣泛接受。但是隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，單晶硅太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)已經(jīng)趨于成熟，其構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型，而光伏行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽(yáng)能電池等會(huì)采用材料性能指標(biāo)有所放寬的太陽(yáng)能級(jí)單晶硅棒，有的也會(huì)使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復(fù)拉制成太陽(yáng)能電池專(zhuān)用的單晶硅棒。

但是單純的通過(guò)采用品質(zhì)較低的原料來(lái)降低成本搶占市場(chǎng)占有率并非長(zhǎng)久之計(jì)，企業(yè)或行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)和優(yōu)勝劣汰還需要品質(zhì)的保證，即通過(guò)工藝或設(shè)備的改進(jìn)來(lái)降低成本提高單晶硅原料的品質(zhì)，進(jìn)而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的低衰減、高效率電池片，獲得較大的市場(chǎng)份額。

眾所周知，在采用直拉法生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中，硅單晶生長(zhǎng)的成功與否以及質(zhì)量的高低均由熱場(chǎng)的溫度分布決定的。溫度分布合適的熱場(chǎng)，不僅硅單晶生長(zhǎng)順利，而且品質(zhì)較高；如果熱場(chǎng)的溫度分布不合理，生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中容易產(chǎn)生各種缺陷，影響質(zhì)量，情況嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)變晶現(xiàn)象而生長(zhǎng)不出來(lái)單晶。

目前，傳統(tǒng)用于收納和熔化原生硅料的石英坩堝，作為唯一接觸硅料、硅液的裝置，大多含有金屬雜質(zhì)，雖然通過(guò)碳酸鋇可以與液體硅反應(yīng)在石英堝形成一層保護(hù)膜但是還會(huì)有部分金屬雜質(zhì)進(jìn)入單晶中，降低后期成品電池片的轉(zhuǎn)換效率；除此之外，石英堝的SiO₂在高溫下不斷反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生O₂，導(dǎo)致常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒頭部氧含量超標(biāo)，高出標(biāo)準(zhǔn)的硅棒頭部不能作為合格成品，只能切掉，造成浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所述的缺陷，從而提供一種提高單晶硅品質(zhì)的熱場(chǎng)及方法，該熱場(chǎng)可以減少熱對(duì)流，降低單晶硅中單晶氧元素等雜質(zhì)的含量，由該方法制得的單晶硅中氧、碳、金屬等雜質(zhì)含量少，用于生產(chǎn)電池片時(shí)，可以有效提高電池的效率，降低電池片的衰減。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種提高單晶硅品質(zhì)的熱場(chǎng)，包括石英坩堝以及同軸等徑設(shè)置的主加熱器和副加熱器，所述主加熱器相對(duì)于所述石英坩堝的中上部設(shè)置，由若干個(gè)等長(zhǎng)的主加熱瓣環(huán)設(shè)而成；所述副加熱器相對(duì)于所述石英坩堝的下部設(shè)置，由若干個(gè)等長(zhǎng)的副加熱瓣環(huán)設(shè)而成，所述主加熱器和所述副加熱器的表面還噴涂有用以避免碳揮發(fā)的耐高溫水基納米涂層。

本發(fā)明主要通過(guò)調(diào)整熱場(chǎng)內(nèi)的發(fā)熱區(qū)來(lái)提高單晶硅的品質(zhì)，具體為：與現(xiàn)有技術(shù)中主加熱瓣長(zhǎng)短間隔設(shè)置的主加熱器不同，本申請(qǐng)中主加熱器發(fā)熱區(qū)的各個(gè)主加熱瓣等長(zhǎng)設(shè)置，可減少熱場(chǎng)中的熱對(duì)流漩渦；其次，在主加熱器和副加熱器的表面噴涂用以避免碳揮發(fā)的耐高溫水基納米涂層，可以阻止碳元素進(jìn)入單晶，降低碳元素雜質(zhì)的含量，提高電池片的效率。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述石英坩堝為高純石英堝，所述高純石英堝的內(nèi)層砂為高純石英砂，所述內(nèi)層砂的占比為90-100wt％。