CN102653881A - 一种铸造大晶粒硅锭的方法 - Google Patents

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司荣进
袁志钟
王禄堡
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Abstract

本发明公开了一种利用定向凝固生长法铸造大晶粒硅锭的方法，主要包含以下步骤：(1)将按一定晶向切割的单晶硅板块作为籽晶铺在石英坩埚的底层；(2)在籽晶上面装填适量的多晶硅硅料和掺杂元素；(3)将装有上述原料的坩埚投入多晶炉中，抽真空并加热，使上部的硅料熔化。熔化后期单晶板块开始熔化时，通过调整隔热笼升起高度，控制坩埚底部的温度，使籽晶部分熔化；(4)进入长晶程序，通过控制加热器的功率和提升隔热笼，形成垂直的温度梯度，使硅晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向生长，经过退火和冷却工序得到大晶粒的多晶硅晶锭。

Description

一种铸造大晶粒硅锭的方法
技术领域
本发明属于太阳能电池硅片制造领域，具体涉及一种铸造大晶粒硅锭的方法。
背景技术
多晶硅由于本身存在大量的晶界，影响着电池的光电转换率，而单晶硅由于内部的晶体结构比较完整，缺陷少，电池的光电转换率高，但是生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铸造大晶粒硅锭的方法，该方法利用原有低成本和产量高的多晶硅铸造技术，生产出类似单晶的大晶粒硅锭，减少晶界数量，提高硅片的光电转换效率。
为解决上述技术问题，本发明铸造大晶粒硅锭的方法通过以下步骤予以实现：
(1)将按[100]晶向切割的单晶硅板块作为籽晶铺设在石英坩埚的底层；
(2)在籽晶上面装填多晶硅料和掺杂元素；
(3)将装有所述原料的坩埚投入多晶炉中，抽真空加热，使籽晶上部的多晶硅料熔化，到多晶硅料熔化后期单晶硅板块开始熔化时，通过控制坩埚底部的温度，使籽晶部分熔化。
(4)进入长晶程序，控制加热器的功率，从坩埚底部形成垂直的温度梯度，使硅晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向生长；
(5)长晶完成后，再经过退火和冷却工序得到大晶粒硅锭。
在上述步骤中：
步骤(1)所述单晶硅板块垂直于坩埚底部平面的晶向为[100]。
步骤(2)所述的掺杂元素为硼或磷。
步骤(3)中在加热和熔化的初期工序中，控制加热器的温度为1420-1550℃，在熔化中后期控制坩埚底部的温度为1000-1400℃，使得籽晶部分熔化。
步骤(4)中所述的长晶过程，是将加热器的温度控制在1420-1500℃，同时打开坩埚底部隔热笼的保温层，让坩埚底部散热，坩埚底部形成温度梯度实现定向凝固，待界面生长稳定后进行分段降温，使晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向稳定生长。
附图说明
图1是本发明硅料加热阶段示意图；
图2是本发明硅料熔化阶段示意图。
具体实施方式
将直拉法得到的(100)晶向的单晶棒，按照一定切割方向，制成单晶硅板块作为籽晶。单晶硅板块的形状可以是长720mm-800mm，宽为125mm-200mm，厚度为10mmmm-30mm的长板状。
如图1和图2所示，选择标准尺寸的石英坩埚2，选取5块上述单晶硅板块5平整的放在坩埚底部，根据目标电阻率1-3欧姆/厘米的要求加入适量的掺杂元素硼或磷等元素，在单晶板块5上方装填多晶硅料4；将装有所述原料的坩埚2投入多晶炉6中，抽真空加热，控制加热器3的温度为1420-1550℃，使籽晶上部的多晶硅料熔化，到多晶硅料熔化后期单晶硅板块开始熔化时，保持坩埚底部的温度为1000-1400℃，使得籽晶部分熔化。在长晶阶段，将加热器的温度控制在1420-1500℃，同时打开隔热笼1底部保温层7，让坩埚底部散热，形成温度梯度实现定向凝固，待界面生长稳定后进行分段降温，使晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向稳定生长。经过后续的退火和冷却工序最终得到大晶粒的多晶硅锭。
以上实施例的描述较为具体、详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种铸造大晶粒硅锭的方法，其特征在于，主要包含以下步骤：
(1)将按[100]晶向切割的单晶硅板块作为籽晶铺设在石英坩埚的底层；
(2)在籽晶上面装填多晶硅料和掺杂元素；
(3)将装有所述原料的坩埚投入多晶炉中，抽真空加热，使籽晶上部的多晶硅料熔化，到多晶硅料熔化后期单晶硅板块开始熔化时，通过控制坩埚底部的温度，使籽晶部分熔化。
(4)进入长晶程序，控制加热器的功率，从坩埚底部形成垂直的温度梯度，使硅晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向生长；
(5)长晶完成后，再经过退火和冷却工序得到大晶粒硅锭。
2.根据权利要求1所述的铸造大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤(1)所述单晶硅板块垂直于坩埚底部平面的晶向为[100]。
3.根据权利要求1所述的铸造大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤(2)所述的掺杂元素为硼或磷。
4.根据权利要求1所述的铸造大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤(3)中在加热和熔化的初期工序中，控制加热器的温度为1420-1550℃，在熔化中后期控制坩埚底部的温度为1000-1400℃，使得籽晶部分熔化。
5.根据权利要求1所述的铸造大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的长晶过程，是将加热器的温度控制在1420-1500℃，同时打开坩埚底部隔热笼的保温层，让坩埚底部散热，坩埚底部形成温度梯度实现定向凝固，待界面生长稳定后进行分段降温，使晶体沿着未完全熔化的单晶硅板块的方向稳定生长。
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