CN111910248B - 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法 - Google Patents

铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111910248B
CN111910248B CN202010673754.9A CN202010673754A CN111910248B CN 111910248 B CN111910248 B CN 111910248B CN 202010673754 A CN202010673754 A CN 202010673754A CN 111910248 B CN111910248 B CN 111910248B
Authority
CN
China
Prior art keywords
single crystal
ingot
silicon
cast
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010673754.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111910248A (zh
Inventor
刘海
张华利
胡动力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU GCL SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Original Assignee
JIANGSU GCL SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU GCL SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD filed Critical JIANGSU GCL SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority to CN202010673754.9A priority Critical patent/CN111910248B/zh
Publication of CN111910248A publication Critical patent/CN111910248A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111910248B publication Critical patent/CN111910248B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/64—Flat crystals, e.g. plates, strips or discs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种铸锭单晶籽晶及其制备方法、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法。铸锭单晶籽晶内掺杂有掺杂元素，掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米。应用本发明技术方案的铸锭单晶籽晶，由于掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，且掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。

Description

铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及 其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏材料技术领域，特别是涉及一种铸锭单晶籽晶及其制备方法、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电是目前发展最快的可持续能源利用的形式之一，近些年来在各国都得到了迅速的发展。目前，利用铸造法生产太阳能用单晶硅的方法受到了越来越多的关注。铸造单晶硅具有直拉单晶硅低缺陷的优点，并且可以通过碱制绒的方法形成金字塔型的织构，提高对光的吸收，从而提高转化效率；同时，铸造单晶硅也具有铸造多晶硅生产成本低，产量高的优点。因此，铸造单晶硅继承了直拉单晶硅和铸造多晶硅的优点，克服了两种方式各自的缺点，生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池转换效率提高1％以上。成为降低太阳能电池生产成本的重要途径。
在铸锭单晶工艺中，通常会引入无位错单晶作为籽晶铺垫在坩埚底部，晶体在硅料、籽晶(部分)熔化后在铸锭籽晶上沿其晶格，生长高品质、低位错铸锭单晶。因此，籽晶的品质，缺陷和位错密度，对铸锭晶体品质有至关重要的影响；虽然引入的籽晶通常为无位错单晶，但在生长前的熔化阶段受到高温处理，其内部氧容易成核生长，从而破坏原籽晶的无位错结构，最终影响到铸锭晶体的品质和良率，不利于应用。
发明内容
基于此，有必要针对如何提高铸锭良率的问题，提供一种铸锭单晶籽晶及其制备方法、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法。
一种铸锭单晶籽晶，所述铸锭单晶籽晶内掺杂有掺杂元素，所述掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，所述掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米。
应用本发明技术方案的铸锭单晶籽晶，由于掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，且掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
在其中一个实施例中，所述掺杂元素选自镓元素、锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。镓元素、锗元素、锑元素与铟元素的原子体积都大于硅的原子体积，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率。
在其中一个实施例中，所述掺杂元素包括镓元素，所述掺杂元素还包括锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述掺杂元素的掺杂浓度为3×10^16个原子/立方厘米～1.5×10^19个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，对铸锭单晶籽晶的位错有较明显的抑制效果。
在其中一个实施例中，所述掺杂元素的掺杂浓度为5×10^16个原子/立方厘米～9×10^18个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，对铸锭单晶籽晶的位错的抑制效果最佳。
在其中一个实施例中，所述铸锭单晶籽晶的氧含量小于20ppma，所述铸锭单晶籽晶的位错密度小于10^4cm-3，所述铸锭单晶籽晶的深能级金属杂质含量小于100ppma。
一种铸造单晶硅锭的制备方法，包括如下步骤：
在容器的底部铺设上述的铸锭单晶籽晶，形成单晶籽晶层；
将固态的硅原料装载到所述单晶籽晶层的上方，加热使所述硅原料完全熔化、所述单晶籽晶层部分熔化，长晶之后得到铸造单晶硅锭。
应用本发明技术方案的铸造单晶硅锭的制备方法，由于在铸造单晶籽晶中掺杂有浓度大于5×10^15个原子/立方厘米且原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素，因此能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
一种铸造单晶硅锭，由上述的铸造单晶硅锭的制备方法制备得到。
采用上述制备方法得的铸造单晶硅锭的位错较少，铸锭的良率较高，能够降本增效。
一种铸造单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
将上述的铸造单晶硅锭切片，得到铸造单晶硅片。
应用本发明技术方案的铸造单晶硅片的制备方法，由于在铸造单晶籽晶中掺杂有浓度大于5×10^15个原子/立方厘米且原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素，因此能够在铸锭的长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
一种铸造单晶硅片，由上述的铸造单晶硅片的制备方法制备得到。
采用上述制备方法得到的铸造单晶硅片的位错较少，铸锭的良率较高，硅片的效率较高，能够降本增效。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统的铸锭单晶的籽晶掺杂元素为硼或磷，且电阻率一般与铸锭单晶的目标电阻率接近，或更高，掺杂浓度相对较低，一般小于10^16cm-3。而该浓度掺杂的硅单晶材料，在长晶之前熔化阶段的热处理过程中，极容易产生氧沉淀，过高的氧沉淀会破坏晶体结构的完整性，滋生位错，并降低铸锭良率和硅片电池效率。本发明的发明人经过研究发现，在硅晶体中高浓度的杂质原子掺入，会引入晶格畸变应力，从而改变氧沉淀行为(因为氧沉淀需要额外的空间，挤压晶格)。基于上述发现，本发明的发明人总结出规律：如引入体积大于硅的原子体积的原子，则晶格受挤压，不利于氧沉淀生成；且引入的原子越多，抑制氧沉淀的效果越好；而引入体积小于硅的原子体积的原子则会促进氧沉淀。
本发明一实施方式的铸锭单晶籽晶，铸锭单晶籽晶内掺杂有掺杂元素，掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米。
其中，籽晶是具有和所需晶体相同晶向的小晶体，是生长单晶的种子，也叫晶种。铸锭单晶籽晶是生长铸锭单晶的晶种。其中，原子体积即原子的原子量与该元素在固态时的密度之比。
本发明通过在铸锭单晶籽晶中引入原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素，且掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，达到降本增效的目的。
需要说明的是，当本发明的铸锭单晶籽晶中的掺杂元素包含两种或者两种以上时，文中的掺杂元素的掺杂浓度为所有掺杂元素的总掺杂浓度。
在其中一个实施例中，掺杂元素选自镓元素、锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。镓元素、锗元素、锑元素与铟元素的原子体积都大于硅的原子体积，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率。
其中较优地，掺杂元素为镓元素。经过试验证明，当铸锭单晶籽晶内掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米的镓元素时，如无其他杂志元素(如硼、磷、锑、砷等)掺入，铸锭单晶籽晶的电阻率小于0.8Ω.cm。
当然，本发明的铸锭单晶籽晶中，除了上述原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素之外，还可以掺杂有其他的原子体积比硅的原子体积大或者小的杂质元素。当铸锭单晶籽晶中掺杂有其他元素时，铸锭单晶籽晶的电阻率为共同掺杂补偿的结果。
在其中一个实施例中，掺杂元素包括镓元素，掺杂元素还包括锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。铸锭单晶籽晶中掺杂有镓元素以及其他掺杂元素时，能够对抑制氧沉淀，减少了位错滋生起到较好的效果，有利于提高铸锭良率和硅片效率。
在其中一个实施例中，掺杂元素的掺杂浓度为3×10^16个原子/立方厘米～1.5×10^19个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，对铸锭单晶籽晶的位错有较明显的抑制效果。
在其中一个实施例中，掺杂元素的掺杂浓度为5×10^16个原子/立方厘米～9×10^18个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，对铸锭单晶籽晶的位错的抑制效果最佳。
在其中一个实施例中，铸锭单晶籽晶的氧含量小于20ppma，铸锭单晶籽晶的位错密度小于10^4cm-3，铸锭单晶籽晶的深能级金属杂质含量小于100ppma。此时，由这种铸锭单晶籽晶长晶之后得到的铸造单晶硅锭以及由铸造单晶硅锭切片得到的铸造单晶硅片的品质较好。
应用本发明技术方案的铸锭单晶籽晶，由于掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，且掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中明显抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
本发明的铸锭单晶籽晶通常可采用直拉法生长制造，该工艺过程包括：将硅原料和掺杂元素放入坩埚中，熔化硅料至硅溶液，并保持温度在熔点附近，将直拉单晶的籽晶与溶液接触，通过缩颈、放肩、等径等工序，将硅溶体生长为硅单晶体，收尾后提出晶体。取出的晶棒一般为圆形晶棒，经过截断去头尾，切片或者切方成厚度为5mm～50mm的正方形或长方形片状单晶块，得到铸锭单晶籽晶。
其中，掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米。
当然，还可以在铸锭单晶籽晶的制备过程的其他步骤引入掺杂元素。例如，也可以在化料完成后、引晶前由特殊方式加入坩埚溶体中。此外，取出晶体后可以再加料，也可以在再加料的过程中引入掺杂元素。
在其中一个实施例中，掺杂元素选自镓元素、锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。
采用上述铸锭单晶籽晶的制备工艺得到的铸锭单晶籽晶，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
一实施方式的铸造单晶硅锭的制备方法，包括如下步骤：
S10、在容器的底部铺设上述任一实施例中的铸锭单晶籽晶，形成单晶籽晶层。
其中，铸锭单晶籽晶为晶体学取向固定的单晶硅，单晶籽晶层包括至少一种晶体学取向的单晶硅层。
其中，在一实施例中，铸锭单晶籽晶内掺杂有掺杂元素，掺杂元素的原子体积大于硅的原子体积，掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米。这样能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，达到降本增效的目的。
在一实施例中，掺杂元素选自镓元素、锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。镓元素、锗元素、锑元素与铟元素的原子体积都大于硅的原子体积，能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率。
在一实施例中，掺杂元素包括镓元素，掺杂元素还包括锗元素、锑元素与铟元素中的至少一种。铸锭单晶籽晶中掺杂有镓元素以及其他掺杂元素时，能够对抑制氧沉淀，减少了位错滋生起到较好的效果，有利于提高铸锭良率和硅片效率。
在一实施例中，掺杂元素的掺杂浓度为3×10^16个原子/立方厘米～1.5×10^19个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，铸锭单晶籽晶的位错密度小于3×10^4cm-3，对铸锭单晶籽晶的位错有较明显的抑制效果，同时不会对铸造后的硅锭带来其他方面性能的不良影响。
在一实施例中，掺杂元素的掺杂浓度为5×10^16个原子/立方厘米～9×10^18个原子/立方厘米。当掺杂元素的掺杂浓度在上述范围内时，铸锭单晶籽晶的位错密度小于2.8×10^3cm-3，对铸锭单晶籽晶的位错的抑制效果最佳，同时不会对铸造后的硅锭带来其他方面性能的不良影响。
在一实施例中，铸锭单晶籽晶的氧含量小于20ppma，铸锭单晶籽晶的位错密度小于10^4cm-3，铸锭单晶籽晶的深能级金属杂质含量小于100ppma。
本发明中并不限定单晶籽晶的形状和尺寸，单晶籽晶层可以为与容器底部大小和形状基本相同的大块单晶籽晶，也可以由多个小块单晶籽晶拼贴形成。若是后者，为了铺设过程的方便以及满足完整平铺的需要，单晶籽晶体的截面形状最好具有规则的几何形状，优选单晶籽晶形状为长方形，更优选为正方形，要尽可能选择较大的单晶籽晶，以使拼贴形成的单晶籽晶间的缝隙尽可能小，以保证铸造单晶硅锭的质量。
本发明中也不具体限定单晶籽晶层的铺贴方式，但是为了保证铸造单晶硅锭中的单晶硅的质量，优选的，单晶籽晶铺设于容器的中间区域。另外，为了更好的控制铸造单晶硅锭的制作过程和质量，单晶籽晶层应与容器底部保持基本平行或近似平行。
本发明中也不具体限定单晶籽晶层的厚度，以具体生产过程和生产条件而定。优选地，单晶籽晶层的厚度为20mm～40mm。
本发明中的容器形状和材质由生产过程中采用的容器而定，一般情况下，由于本发明中是采用铸造的方式生产单晶硅锭的，容器为坩埚，更普遍的为石英坩埚。当然，容器还可以选择其它可用于铸造单晶硅锭的铸造过程的可一次性使用的坩埚或可重复使用的坩埚，如碳化硅坩埚或氮化硅坩埚等。
本实施例中“铸造”过程具体是指在用于保持熔融硅的模具或容器中通过对熔融硅进行冷却形成硅锭。一般情况下，目前普遍采用定向凝固法(DirectionalSolidificationSystem，简称DSS)炉晶体生长技术，采用该工艺可生产大的方形铸造单晶硅片，降低了下游电池加工的成本。
S20、将固态的硅原料装载到单晶籽晶层的上方，加热使硅原料完全熔化、单晶籽晶层部分熔化，长晶之后得到铸造单晶硅锭。
具体的，加热使硅原料完全熔化、单晶籽晶层部分熔化，长晶之后得到铸造单晶硅锭的步骤为：
对容器进行加热，使硅原料完全熔化、单晶籽晶层部分熔化，以形成液体层，至少保持与容器底部接触的部分单晶籽晶层为固态；
控制容器内的热场，对液体层进行结晶形成结晶层，以使固液界面向远离容器底部的方向移动，完成铸造单晶硅锭的生长。
应用本发明技术方案的铸造单晶硅锭的制备方法，由于在铸造单晶籽晶中掺杂有浓度大于5×10^15个原子/立方厘米且原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素，因此能够在长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
一实施方式的铸造单晶硅锭，由上述的铸造单晶硅锭的制备方法制备得到。
采用上述制备方法得的铸造单晶硅锭的位错较少，铸锭的良率较高，能够降本增效。
一实施方式的铸造单晶硅片的制备方法，包括如下步骤：
将上述的铸造单晶硅锭切片，得到铸造单晶硅片。
应用本发明技术方案的铸造单晶硅片的制备方法，由于在铸造单晶籽晶中掺杂有浓度大于5×10^15个原子/立方厘米且原子体积大于硅的原子体积的掺杂元素，因此能够在铸锭的长晶之前熔化阶段的热处理过程中抑制氧沉淀，以保持晶体结构在熔化阶段热处理后的完美性，减少了位错滋生，提高铸锭良率和硅片效率，从而达到降本增效的目的。
一实施方式的铸造单晶硅片，由上述的铸造单晶硅片的制备方法制备得到。
采用上述制备方法得到的铸造单晶硅片的位错较少，铸锭的良率较高，硅片的效率较高，能够降本增效。
下面结合具体实施例对本发明的铸锭单晶籽晶及其制备方法、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法进行进一步的说明。
实施例1～实施例20
在容器的底部铺设铸锭单晶籽晶，形成单晶籽晶层。其中，铸锭单晶籽晶内掺杂有掺杂元素，实施例1～实施例20的铸锭单晶籽晶内的掺杂元素的含量如表1所示。
对容器进行加热，使硅原料完全熔化、单晶籽晶层部分熔化，以形成液体层，至少保持与容器底部接触的部分单晶籽晶层为固态。
控制容器内的热场，对液体层进行结晶形成结晶层，以使固液界面向远离容器底部的方向移动，完成铸造单晶硅锭的生长。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：铸锭单晶籽晶内镓元素的掺杂浓度为5×10^14个原子/立方厘米，具体如表1所示。
对比例2
对比例2与实施例6的区别在于：铸锭单晶籽晶内锗元素的掺杂浓度为5×10^14个原子/立方厘米，具体如表1所示。
对比例3
对比例3与实施例11的区别在于：铸锭单晶籽晶内锑元素的掺杂浓度为5×10^14个原子/立方厘米，具体如表1所示。
对比例4
对比例4与实施例16的区别在于：铸锭单晶籽晶内铟元素的掺杂浓度为5×10^14个原子/立方厘米，具体如表1所示。
对比例5
对比例5与实施例3的区别在于：铸锭单晶籽晶内掺杂有硼元素，且硼元素的掺杂浓度为5×10^18个原子/立方厘米，具体如表1所示。
性能测试：
测试得到实施例1～实施例20以及对比例1～对比例5的铸锭单晶工艺可在籽晶上生长高效单晶以及得到的铸造单晶硅锭的良率，得到结果如表1。
将实施例1～实施例20以及对比例1～对比例5的铸造单晶硅锭切片，分别得到铸造单晶硅片，测试各自的平均效率，得到结果如表1。
表1实施例1～实施例20以及对比例1～对比例5的铸造单晶硅锭及切片后铸造单晶硅片的性能数据
Figure BDA0002583301630000121
Figure BDA0002583301630000131
从表1的结果可以得到以下结论：
(1)实施例1～实施例20制备得到的铸锭单晶硅锭可在单晶籽晶上生长高效单晶至少49mm。实施例1～实施例20制备得到的铸锭单晶硅锭的良率分别高于对比例1～对比例5的铸锭单晶硅锭的良率。将实施例1～实施例20的铸锭单晶硅锭切片后硅片的平均效率分别高于将对比例1～对比例5的铸锭单晶硅锭切片后硅片的平均效率。
(2)将实施例1～实施例5进行对比可以看出，实施例3的铸锭良率和硅片效率最好，实施例2和实施例4的铸锭良率和硅片效率次之，实施例1和实施例5的铸锭良率和硅片效率再次之。
(3)将实施例6～实施例10进行对比可以看出，实施例8的铸锭良率和硅片效率最好，实施例7和实施例9的铸锭良率和硅片效率次之，实施例6和实施例10的铸锭良率和硅片效率再次之。
(4)将实施例11～实施例15进行对比可以看出，实施例13的铸锭良率和硅片效率最好，实施例12和实施例14的铸锭良率和硅片效率次之，实施例11和实施例15的铸锭良率和硅片效率再次之。
(5)将实施例16～实施例20进行对比可以看出，实施例18的铸锭良率和硅片效率最好，实施例17和实施例19的铸锭良率和硅片效率次之，实施例16和实施例20的铸锭良率和硅片效率再次之。
(6)将实施例1～实施例5分别与实施例6～实施例10、实施例11～实施例15、实施例16～实施例20进行对比可以看出，实施例1～实施例5的铸锭良率和硅片效率最优，表明掺杂元素为镓元素时，比掺杂元素为锗元素、锑元素或者铟元素时对提高铸锭良率和硅片效率的效果好。
(7)将实施例1～实施例5与对比例5进行对比可以看出，实施例1～实施例5的铸锭良率和硅片效率优于对比例5，表明掺杂元素为镓元素、锗元素、锑元素或者铟元素时，铸锭良率和硅片效率比掺杂元素为硼时的铸锭良率和硅片效率好。
(8)将实施例1与对比例1进行对比可以看出，实施例1的铸锭良率和硅片效率优于对比例1；
将实施例6与对比例2进行对比可以看出，实施例6的铸锭良率和硅片效率优于对比例2；
将实施例11与对比例3进行对比可以看出，实施例11的铸锭良率和硅片效率优于对比例3；
将实施例16与对比例4进行对比可以看出，实施例16的铸锭良率和硅片效率优于对比例4；
上述对比可以表明，掺杂元素的掺杂浓度大于5×10^15个原子/立方厘米时，能够明显提高铸锭良率和硅片效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种铸造单晶硅锭的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
在容器的底部铺设铸锭单晶籽晶，形成单晶籽晶层；所述铸锭单晶籽晶内掺杂有镓元素，所述镓元素的掺杂浓度为3×10^16个原子/立方厘米~1.5×10^19个原子/立方厘米；
将固态的硅原料装载到所述单晶籽晶层的上方，加热使所述硅原料完全熔化、所述单晶籽晶层部分熔化，长晶之后得到铸造单晶硅锭。
2.根据权利要求1所述的铸造单晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述铸锭单晶籽晶的截面为正方形。
3.根据权利要求1所述的铸造单晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述掺杂元素的掺杂浓度为5×10^16个原子/立方厘米~9×10^18个原子/立方厘米。
4.根据权利要求1所述的铸造单晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述铸锭单晶籽晶的氧含量小于20ppma，所述铸锭单晶籽晶的位错密度小于10^4cm-3，所述铸锭单晶籽晶的深能级金属杂质含量小于100ppma。
5.根据权利要求1所述的铸造单晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述单晶籽晶层的厚度为20 mm ~ 40 mm。
CN202010673754.9A 2020-07-14 2020-07-14 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法 Active CN111910248B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010673754.9A CN111910248B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010673754.9A CN111910248B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111910248A CN111910248A (zh) 2020-11-10
CN111910248B true CN111910248B (zh) 2022-02-18

Family

ID=73281558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010673754.9A Active CN111910248B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111910248B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113355739B (zh) * 2021-05-12 2023-01-24 晶澳太阳能有限公司 单晶硅及其制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000128691A (ja) * 1998-10-16 2000-05-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン種結晶およびシリコン単結晶の製造方法
CN1528956A (zh) * 2003-10-15 2004-09-15 浙江大学 一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法
CN101148777A (zh) * 2007-07-19 2008-03-26 任丙彦 直拉法生长掺镓硅单晶的方法和装置
CN101591808A (zh) * 2009-06-24 2009-12-02 浙江大学 掺锗的定向凝固铸造单晶硅及其制备方法
CN102312291A (zh) * 2010-07-05 2012-01-11 赵钧永 一种掺杂的铸造单晶硅及制备方法
CN105019022A (zh) * 2015-08-12 2015-11-04 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺准单晶硅及其制备方法
CN105063750A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺单晶硅及其制备方法
CN105821474A (zh) * 2016-04-13 2016-08-03 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种晶体硅的制备方法及晶体硅
CN108364999A (zh) * 2018-01-29 2018-08-03 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 一种单晶掺镓硅片及其制备方法和太阳电池
CN109056062A (zh) * 2018-08-03 2018-12-21 湖南红太阳光电科技有限公司 一种铸造单晶硅的制备方法
CN111201341A (zh) * 2016-06-08 2020-05-26 环球晶圆股份有限公司 具有经改进的机械强度的高电阻率单晶硅锭及晶片

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2497120A (en) * 2011-12-01 2013-06-05 Rec Wafer Norway As Production of mono-crystalline silicon
CN103225110B (zh) * 2012-01-29 2016-07-06 北京京运通科技股份有限公司 一种生产单晶硅的方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000128691A (ja) * 1998-10-16 2000-05-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン種結晶およびシリコン単結晶の製造方法
CN1528956A (zh) * 2003-10-15 2004-09-15 浙江大学 一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法
CN101148777A (zh) * 2007-07-19 2008-03-26 任丙彦 直拉法生长掺镓硅单晶的方法和装置
CN101591808A (zh) * 2009-06-24 2009-12-02 浙江大学 掺锗的定向凝固铸造单晶硅及其制备方法
CN102312291A (zh) * 2010-07-05 2012-01-11 赵钧永 一种掺杂的铸造单晶硅及制备方法
CN105019022A (zh) * 2015-08-12 2015-11-04 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺准单晶硅及其制备方法
CN105063750A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺单晶硅及其制备方法
CN105821474A (zh) * 2016-04-13 2016-08-03 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种晶体硅的制备方法及晶体硅
CN111201341A (zh) * 2016-06-08 2020-05-26 环球晶圆股份有限公司 具有经改进的机械强度的高电阻率单晶硅锭及晶片
CN108364999A (zh) * 2018-01-29 2018-08-03 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 一种单晶掺镓硅片及其制备方法和太阳电池
CN109056062A (zh) * 2018-08-03 2018-12-21 湖南红太阳光电科技有限公司 一种铸造单晶硅的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111910248A (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4203603B2 (ja) 半導体バルク多結晶の作製方法
KR101815620B1 (ko) 폴리결정질 실리콘 잉곳, 이에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼 및 폴리결정질 실리콘 잉곳의 제조방법
JP4528995B2 (ja) Ｓｉバルク多結晶インゴットの製造方法
TWI452185B (zh) 矽晶鑄錠及從其製成的矽晶圓
CN102776560B (zh) 多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
JP4054873B2 (ja) Ｓｉ系結晶の製造方法
CN102776556B (zh) 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
CN111910248B (zh) 铸锭单晶籽晶、铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法
TW201623703A (zh) 用以製造具有經控制濃度之基於氧氣的熱施體的ｎ型單晶矽之晶棒的方法
CN111876821B (zh) 铸造单晶硅锭及其制备方法、铸造单晶硅片及其制备方法
JP4923253B2 (ja) Ｓｉバルク多結晶の作製方法
CN114540953A (zh) 一种减少位错缺陷及多晶占比的铸造晶硅制备方法
JP2001192289A (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
CN112376111B (zh) 铸造单晶硅用籽晶的制备方法、铸造单晶硅用籽晶、铸造单晶硅
US10087080B2 (en) Methods of fabricating a poly-crystalline silcon ingot from a nucleation promotion layer comprised of chips and chunks of silicon-containing particles
Li et al. Influence of the cone angle and crystal shape on the formation of twins in InP crystals
TWI516645B (zh) 矽晶鑄錠、其製造方法及從其製成的矽晶圓
JP7495448B2 (ja) 鋳造法で酸化ガリウム単結晶を成長させる方法
CN112522782B (zh) 一种多晶硅锭及其制备方法
JP2012224505A (ja) Ｓｉインゴット結晶の製造方法
CN117364223A (zh) 一种抑制位错运动增殖的铸造单晶硅锭制备方法
CN102732950B (zh) 一种连续生长准单晶晶体的装置
CN106460227B (zh) 单晶硅的生长方法
CN104499046A (zh) 一种多晶硅锭制备方法
CN106794993B (zh) 多晶硅锭制造方法、多晶硅锭的用途的制造方法和多晶硅锭

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant