[發明專利]一種降低上排氣方式單晶爐的晶棒中氧含量的方法

在審

• 申請號: 202010516038.X
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111676512A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 辛玉龍;韓燕旭;高明霞;郭鵬;張立達;朱遠國;任勇祥;王立明;馮宜平
• 申請（專利權）人: 山西潞安太陽能科技有限責任公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發明涉及單晶太陽能晶棒生產領域。一種降低下排氣方式單晶爐的晶棒中氧含量的方法，將單晶爐的排氣方式修改為上排氣方式，坩堝轉速調整為5r/min，拉晶過程中的晶轉設定為12r/min。本發明將下排氣方式修改為上排氣方式，縮短單晶爐內排氣路線和排氣時間，避免了SiO從硅液表面隨氣流排出，避免SiO在熔硅中分解造成了硅棒中的氧含量偏高的問題。

技術領域

本發明涉及單晶太陽能晶棒生產領域。

背景技術

在眾多太陽能光伏產品中，單晶硅片是構成產品至關重要的部件，而晶體中的碳氧含量又是影響品質的關鍵因素。

在太陽能級直拉單晶硅生長期間，雜質在硅中的分凝系數相差較大，大部分雜質在硅中的分凝系數小于1，比如碳，其在硅中的分凝系數為0.07，這就造成單晶硅棒中碳雜質的分布為頭低尾高，及越是晶棒尾部，碳含量就越高。也有少部分雜質在硅中的分凝系數大于1，比如氧，其在硅中的分凝系數為1.27，其在單晶硅棒中的分布則是頭高尾低，即越是晶棒頭部，氧含量越高。

間隙氧在硅晶格中表現為中性，一般不影響硅片的電學性能，但由于硅單晶一般在電池工序要經過不同溫度的熱處理，氧在硅中會與其它雜質或缺陷形成具有電學活性的復合體影響硅的性質，如氧在硅中與雜質硼形成的硼氧復合體，就是導致電池及組件光致衰減的問題所在。此外，過量的氧在一定條件下可以形成氧沉淀，少量的氧沉淀可以提高硅片的機械性能，但過多的氧沉淀則會引起硅片的翹曲和破損。

另外原生硅中的氧是形成諸如氧化堆垛層錯和熱施主的主要原因，在電子器件激活區中的氧沉淀可引起結的擊穿或產生漏電流，在退火過程中，氧沉淀的產生也會造成器件的成品率下降。對于每一種半導體電子器件而言，硅單晶都必須有一個合適氧濃度范圍。下排氣方式單晶爐的晶棒生產中，高溫狀態下，石英坩堝內部會與硅溶液發生反應，在坩堝與晶棒的旋轉過程中石英坩堝內壁中的氧元素會進入硅液中，在長晶過程通過分凝效應分布在晶棒內部。下排氣方式單晶爐即氬氣從導流筒進入爐內對晶棒進行冷卻和保護后，會攜帶熔硅與石英坩堝反應生產的SiO沿著石英坩堝上沿、加熱器與上中保溫桶之間的縫隙，最終從下保溫桶中的排氣孔中排出。這種排氣方式排氣路線和時間較長，且加熱器與上中保溫桶之間的間隙可能因安裝不當而不對稱或者減小，造成部分SiO從硅液表面隨氣流排出，大部分的SiO則在熔硅中分解，分解的氧氣便進入熔硅中，造成硅棒中的氧含量偏高。另外直拉法硅中溶體流主要有三部分組成，從晶棒邊緣到坩堝內壁邊緣，晶棒邊緣溫度較低，石英坩堝內壁靠近加熱器溫度較高，會形成由表面張力降低所驅動的沿著自由表面的熱表面張力對流；熔體表面和熔體底部存在溫度梯度，因熔體密度差引起的浮力導致沿垂直方向的自然對流；晶轉和堝轉引起的強迫對流。溶體流在對流過程中，氧氣會溶解到熔體中，造成晶棒中氧含量增高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何將下排氣方式單晶爐的晶棒中氧含量降低。

本發明所采用的技術方案是：一種降低下排氣方式單晶爐的晶棒中氧含量的方法，將單晶爐的排氣方式修改為上排氣方式，坩堝轉速調整為5r/min，拉晶過程中的晶轉設定為12r/min。

將單晶爐的排氣方式修改為上排氣方式的方法為，首先在上保溫桶中部開孔，上保溫桶外的保溫氈與上保溫桶開孔位置對應的位置也開同樣的孔，同時將下保溫桶的排氣孔封堵；然后在中爐筒上對應上保溫桶開孔位置進行開孔，同時將排氣管道接至中爐筒開孔處。

本發明的有益效果是：本發明將下排氣方式修改為上排氣方式，縮短單晶爐內排氣路線和排氣時間，避免了SiO從硅液表面隨氣流排出，避免SiO在熔硅中分解造成了硅棒中的氧含量偏高的問題。本發明通過控制晶體生長過程中，氧從石英坩堝溶解進入熔體的溶解速率和強制調節熔體流動來控制經由熔體流動而傳輸的氧含量。有效降低了單晶硅棒產品的氧含量，可從18ppma降低至16ppma以內，平均降低2ppma左右。降低晶棒產品中的氧含量，可以減少電池產品的光衰，改善電池、組件及其它光伏產品的品質。

附圖說明