本發(fā)明涉及一種多晶硅晶鑄錠、多晶硅晶棒及多晶硅片；尤其涉及利用成核促進(jìn)層(nucleation promotion layer)成長(zhǎng)具有小尺寸多晶硅晶粒的硅晶鑄錠、多晶硅晶棒及多晶硅片。

背景技術(shù)：

大多數(shù)的太陽(yáng)能電池是吸收太陽(yáng)光，進(jìn)而產(chǎn)生光伏效應(yīng)(photovoltaic effect)。目前太陽(yáng)能電池的材料大部分都是以硅材為主，主要是因硅材為目前地球上最容易取到的第二多元素，并且其具有材料成本低廉、沒(méi)有毒性、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，并且其在半導(dǎo)體的應(yīng)用上已有深厚的基礎(chǔ)。

以硅材為主的太陽(yáng)能電池有單晶硅、多晶硅以及非晶硅三大類。以多晶硅做為太陽(yáng)能電池的原材，主要是基于成本的考慮，因?yàn)橄噍^于以現(xiàn)有的拉晶法(Czochralski method,CZ method)以及浮動(dòng)區(qū)域法(floating zone method,FZ method)所制造的單晶硅，多晶硅價(jià)格相對(duì)地便宜許多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的多晶硅晶鑄錠、多晶硅晶棒和多晶硅芯片，整體有較佳的晶體質(zhì)量，后續(xù)制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也較高。

本發(fā)明的一具體實(shí)施例提供一種多晶硅晶鑄錠，具有垂直方向，多晶硅晶鑄錠包含：多個(gè)硅晶粒，沿垂直方向成長(zhǎng)，其中硅晶粒包含至少3種晶向；成核促進(jìn)層，位于多晶硅晶鑄錠的底部，其中多晶硅晶鑄錠的切片的晶粒的面積標(biāo)準(zhǔn)偏差是沿著垂直方向遞增。

本發(fā)明的一具體實(shí)施例提供一種多晶硅晶棒，具有垂直方向，多晶硅晶棒包含：多個(gè)硅晶粒，沿垂直方向成長(zhǎng)，其中硅晶粒包含至少3種晶向，其中多晶硅晶棒的切片的平均晶粒面積是沿著垂直方向遞增，且多晶硅晶棒的切片的晶粒的面積標(biāo)準(zhǔn)偏差是沿著垂直方向遞增。

本發(fā)明的一具體實(shí)施例提供一種多晶硅芯片，其包含：多個(gè)硅晶粒，其中硅晶粒包含至少3種晶向，其中硅晶粒的晶粒面積變異系數(shù)約介于150％至400％之間，晶粒面積變異系數(shù)的定義是硅晶粒的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差除以硅晶粒的平均晶粒面積的百分比，晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差是各硅晶粒與平均晶粒面積差值平方和的平均的根值。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明多晶硅晶鑄錠的橫截面附圖；

圖2至圖5是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明制造多晶硅晶鑄錠的橫截面附圖；

圖6是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明多晶硅晶棒在各區(qū)域切片的金相圖；

圖7是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組多晶硅晶棒在各區(qū)域切片的金相圖；

圖8是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的平均晶粒面積與良品高度關(guān)系的折線圖；

圖9是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差與良品高度關(guān)系的折線圖；

圖10是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明與對(duì)照組多晶硅晶棒的晶粒面積變異系數(shù)與良品高度關(guān)系的折線圖；

圖11是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明與對(duì)照組多晶硅晶棒的平均晶粒長(zhǎng)寬比與良品高度關(guān)系的折線圖；

圖12是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明與對(duì)照組多晶硅晶棒的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比與良品高度關(guān)系的折線圖；

圖13是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明多晶硅晶棒的平均晶粒長(zhǎng)寬比與光電轉(zhuǎn)換效率及良品高度關(guān)系的折線圖；

圖14是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明與對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最大值、最小值以及平均值的線圖；

圖15是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與各晶向面積比例關(guān)系的折線圖；

圖16是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明多晶硅晶棒的良品高度與各晶向面積比例關(guān)系的折線圖；

圖17是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{100}晶向面積比例的折線圖；

圖18是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{101}晶向面積比例的折線圖；

圖19是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{111}晶向面積比例的折線圖；

圖20是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{112}晶向面積比例的折線圖；

圖21是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{113}晶向面積比例的折線圖；

圖22是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{115}晶向面積比例的折線圖；

圖23是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{313}晶向面積比例的折線圖；

圖24是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明對(duì)照組與實(shí)施例多晶硅晶棒的各切面的{315}晶向面積比例的折線圖。

具體實(shí)施方式

以下揭示內(nèi)容提供許多不同的實(shí)施方式或范例，用于實(shí)施本申請(qǐng)案的不同特征。組件與配置的特定范例的描述如下，以簡(jiǎn)化本申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅為范例，并非用于限制本申請(qǐng)案。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接觸的第一與第二特征的實(shí)施方式，亦可包含在第一與第二特征之間形成其他特征的實(shí)施方式，因而第一特征與第二特征可并非直接接觸。此外，本申請(qǐng)案可在不同范例中重復(fù)組件符號(hào)和/或字母。此重復(fù)是了簡(jiǎn)化與清楚的目的，而非支配不同實(shí)施方式和/或所討論架構(gòu)之間的關(guān)系。

再者，本申請(qǐng)案可使用空間對(duì)應(yīng)語(yǔ)詞，例如“之下”、“低于”、“較低”、“高于”、“較高”等類似詞語(yǔ)的簡(jiǎn)單說(shuō)明，以描述附圖中一組件或特征與另一組件或特征的關(guān)系。空間對(duì)應(yīng)語(yǔ)詞是用以包括除了附圖中描述的位向之外，裝置于使用或操作中的不同位向。裝置或可被定位(旋轉(zhuǎn)90度或是其他位向)，并且可相應(yīng)解釋本申請(qǐng)案使用的空間對(duì)應(yīng)描述。

如圖1所示，本發(fā)明的多晶硅晶鑄錠1具有底部4以及垂直方向V。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的多晶硅晶鑄錠1包含沿垂直方向V成長(zhǎng)的多個(gè)硅晶粒12以及位在多晶硅晶鑄錠1的底部4的成核促進(jìn)層2。在一實(shí)施例中，成核促進(jìn)層2是由多個(gè)具不規(guī)則形狀的結(jié)晶顆粒22所構(gòu)成。

圖2至圖5是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明制造多晶硅晶鑄錠1的橫截面附圖。每一圖代表一個(gè)或多個(gè)步驟。

如圖2所示，鋪設(shè)多個(gè)結(jié)晶顆粒22在模3(例如，石英坩堝)的底部構(gòu)成成核促進(jìn)層2。模3本身定義為垂直方向V，為槽狀容器能承受高溫而不熔化。結(jié)晶顆粒22是由其熔點(diǎn)高于約1400℃的材料形成，例如，高純度石墨、硅、氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、等陶瓷材料。在一實(shí)施例中，將多晶硅或單晶硅碎料的結(jié)晶顆粒22鋪填于模3的底部，即成為成核促進(jìn)層2。碎料鋪填不限制擺放方法、相互堆棧方法及填充密度(例如，可規(guī)則緊密堆積排列或任意倒入)。成核促進(jìn)層2的平均顆粒尺寸是小于50mm，平均堆棧高度不限制。在一實(shí)施例中，成核促進(jìn)層2的平均顆粒尺寸是小于10mm，平均堆棧高度是5mm以上。

接著，硅原料14放置于模3內(nèi)，并且位在成核促進(jìn)層2上。裝入成核促進(jìn)層2以及硅原料14的模3放入方向性凝固系統(tǒng)長(zhǎng)晶爐(未示出于圖中)內(nèi)，先將硅原料14全部熔化成硅熔湯16，如圖3所示。成核促進(jìn)層2可以完全不熔化，或可以部分熔化，其中未熔化的成核促進(jìn)層高度約100μm以上。接著如圖4所示，基于方向性凝固制程冷卻模3，造成硅熔湯16中多個(gè)硅晶粒12在成核促進(jìn)層2上成核，多個(gè)硅晶粒12是從成核促進(jìn)層2與硅熔湯16之間的接口逐漸成核，且沿垂直方向V成長(zhǎng)。于另一實(shí)施例中，如圖5所示，成核促進(jìn)層2也可以是板體24。板體24是由其熔點(diǎn)高于約1400℃的材料形成，例如，高純度石墨、硅以及氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、等陶瓷材料。板體24與硅熔湯16接觸的表面具有范圍從300μm至1000μm的粗糙度，以提供多個(gè)硅晶粒12多個(gè)成核點(diǎn)。

最后，繼續(xù)基于方向性凝固制程冷卻模3，讓多個(gè)硅晶粒12繼續(xù)沿垂直方向V成長(zhǎng)，且直至硅熔湯16全部凝固以獲得如圖1所示的多晶硅晶鑄錠1。多晶硅晶鑄錠1自模3取出后，先行切除多晶硅晶鑄錠1的4個(gè)部分側(cè)邊，再分割成數(shù)根多晶硅晶棒(例如，4x4＝16或5x5＝25的晶棒)；之后，使用硅芯片或晶棒載子生命周期(Lifetime)測(cè)試機(jī)(u-PCD；Microwave Lifetime Tester)進(jìn)行測(cè)試，載子生命周期測(cè)試機(jī)是利用量測(cè)頭將激光脈沖照射多晶硅晶棒的其中一區(qū) 域，激發(fā)出電子、電洞，再以微波照射已被激光脈沖激發(fā)的區(qū)域，量測(cè)載子在硅結(jié)晶中分離與結(jié)合的時(shí)間；再移動(dòng)量測(cè)頭，使量測(cè)頭沿垂直方向V進(jìn)行量測(cè)，如此將可形成載子生命周期相對(duì)垂直方向V各高度的曲線。

取得多晶硅晶棒各部位的載子生命周期后，進(jìn)一步去除多晶硅晶棒不符合特定載子生命周期部分(例如，多晶硅晶棒底部的成核促進(jìn)層2及部分頂部，如此即可從多晶硅晶棒裁切出良品的實(shí)施例多晶硅晶棒。之后，實(shí)施例多晶硅晶棒再予以切割成特定厚度的芯片。在一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒可平均切成三個(gè)區(qū)域，底部區(qū)域、中間區(qū)域及頂部區(qū)域。下列說(shuō)明是以實(shí)施例多晶硅晶棒為300mm為例，進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不以此為限。在一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒的任一端的載子生命周期為2.0×10-6秒以上，任一部位的載子生命周期皆大于2.0×10-6秒。實(shí)施例多晶硅晶棒的底端定義為0mm(靠近原成核促進(jìn)層2的一端)，往垂直方向V遞增，實(shí)施例多晶硅晶棒的最頂端定義為300mm。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm至100mm的區(qū)間定義為底部區(qū)域(低于100mm區(qū)間)；實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度100mm至200mm的區(qū)間定義為中間區(qū)域；實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度200mm至300mm的區(qū)間定義為頂部區(qū)域。

圖6顯示實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域、中間區(qū)域、頂部區(qū)域的各一切片上的晶粒分布情形及其硅晶粒尺寸的金相圖。實(shí)施例多晶硅晶棒在長(zhǎng)晶過(guò)程中，鋪設(shè)多個(gè)結(jié)晶顆粒在模的底部，作為成核促進(jìn)層。由圖6可明顯看出底部區(qū)域的各晶粒的面積較小且晶粒數(shù)目較多。隨著良品高度遞增，晶粒尺寸增大，故頂部區(qū)域的各晶粒的面積較大，晶粒個(gè)數(shù)較少。

圖7顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所提出的方法所制造的對(duì)照組多晶硅晶棒，其現(xiàn)有方法例如局部過(guò)冷(undercooling)或加入晶種層的方法，同樣裁切出任一端的載子生命周期為2.0×10-6秒以上的良品區(qū)域，對(duì)照組多晶硅晶棒總長(zhǎng)度為300mm，并且分別顯示對(duì)照組多晶硅晶棒的底部區(qū)域(良品高度0mm至100mm的區(qū)間)、中間區(qū)域(良品高度100mm至200mm的區(qū)間)、頂部區(qū)域(良品高度200mm至300mm的區(qū)間)的各一切片上的晶粒分布情形及其硅晶粒尺寸的金相圖。對(duì)照組多晶硅晶棒在長(zhǎng)晶過(guò)程中，并未在模的底部鋪設(shè)多個(gè)結(jié)晶顆粒；換言之，沒(méi)有使用成核促進(jìn)層。

圖7對(duì)照組多晶硅晶棒的底部區(qū)域(良品高度0mm至100mm)可以清楚了解對(duì)照組多晶硅晶鑄錠的長(zhǎng)晶過(guò)程在坩堝底部成長(zhǎng)為大晶粒，使得對(duì)照組多晶硅晶鑄錠的底部區(qū)域的切片具有較大的平均晶粒面積，但是在成長(zhǎng)延伸時(shí)快速增加缺陷密度，致使對(duì)照組多晶硅晶棒整體晶體質(zhì)量變差，其后續(xù)制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。相較于對(duì)照組多晶硅晶鑄錠，多晶硅晶鑄錠的長(zhǎng)晶利用成核促進(jìn)層2直接提供硅熔湯16密集的成核點(diǎn)，來(lái)大量降低大尺寸硅晶粒分布比例，使得實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域(良品高度0mm至100mm)的切片具有較小平均晶粒面積，如圖6所示。由于小尺寸硅晶粒分布緊密且尺寸相近，減少晶粒大吃小情形，令晶粒較易趨于單一方向成長(zhǎng)，主要沿散熱方向的反向成長(zhǎng)，如圖1的垂直方向V，避免柱狀晶無(wú)法由底部至頂部成長(zhǎng)完整。此外，多晶硅晶鑄錠中分布密度高的晶界在長(zhǎng)晶過(guò)程中，能以應(yīng)力場(chǎng)吸引缺陷集中或于晶界上滑移釋放熱應(yīng)力，抑制差排缺陷快速增加問(wèn)題，進(jìn)而讓多晶硅晶鑄錠整體有較佳的晶體質(zhì)量，后續(xù)制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也較高。

進(jìn)一步對(duì)圖7、圖8的金相圖作測(cè)量，測(cè)量方式是通過(guò)晶粒量測(cè)儀器例如晶粒檢測(cè)儀(grain detector)可偵測(cè)晶粒的晶界，并且依據(jù)ASTM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ASTM international)所發(fā)布的“E112-10standard test methods for determining average grain size”標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范來(lái)計(jì)算每個(gè) 切片上晶粒的實(shí)際面積與各種分析值例如：平均晶粒面積(mean value；E112-10第12頁(yè)的15.2段落的定義)、晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差(E112-10第12頁(yè)的15.3段落的定義)、晶粒個(gè)數(shù)、晶粒長(zhǎng)寬比等數(shù)值。晶粒檢測(cè)儀是通過(guò)不同光條件下的反射情形，測(cè)量時(shí)間約為10秒/每片芯片，其結(jié)果與比較說(shuō)明如下。

圖8顯示從多晶硅晶鑄錠裁切出來(lái)的實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的平均晶粒面積比較，橫軸為兩個(gè)的良品高度(單位：mm)，縱軸為平均晶粒面積大小(單位：mm²)，每個(gè)量測(cè)點(diǎn)代表多晶硅晶棒在對(duì)應(yīng)的良品高度的切片，其對(duì)應(yīng)的平均晶粒面積。實(shí)施例多晶硅晶棒是被切片成多個(gè)多晶硅芯片，每片芯片的厚度150μm～350μm之間，其厚度薄因而可視同雙面具有相同的晶界分布。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上(等同良品高度0mm區(qū)域切出的多晶硅芯片，以下說(shuō)明皆以此類推)平均晶粒面積為4.3mm²；良品高度150mm切片上平均晶粒面積為9.1mm²；良品高度300mm切片上平均晶粒面積為10.7mm²。相對(duì)地，對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上平均晶粒面積為9.9mm²；良品高度150mm切片上平均晶粒面積為9.7mm²；良品高度300mm切片上平均晶粒面積為6.2mm²。

實(shí)施例多晶硅晶棒任一切片的平均晶粒面積約介于4mm²至11mm²之間，而且實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域(良品高度小于100mm的區(qū)間)任一切片的平均晶粒面積小于8mm²，較小的晶粒面積是由成核促進(jìn)層2的控制結(jié)果；相較之下，對(duì)照組的底部區(qū)域任一切片的平均晶粒面積約9.7mm²至9.9mm²，大于實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域任一切片的平均晶粒面積。實(shí)施例多晶硅晶棒隨著良品高度增加而各切片的平均晶粒面積亦增加。

圖9顯示實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差的比較，橫軸為兩個(gè)的良品高度(單位：mm)，縱軸為晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值(單位：mm²)，每個(gè)量測(cè)點(diǎn)代表良品高度的切片，其對(duì)應(yīng)的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為多少mm²晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算方法是從多晶硅晶棒切下切片，先進(jìn)行切片上平均晶粒面積的測(cè)量，再將每個(gè)晶粒面積減去平均晶粒面積的差值后，各個(gè)差值平方后相加并且平均(等同除以所計(jì)算的晶粒數(shù)量)，再對(duì)平均值開根號(hào)，得到晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差。公式如下：

$\mathrm{\σ}\left(\mathrm{\μ}\right)=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(x_i-\mathrm{\μ})}^2}$

N值為切片上所有的晶粒數(shù)量；Xi值為各個(gè)晶粒面積值；μ為切片上所有平均晶粒面積值。簡(jiǎn)言之，晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差是一組晶粒面積數(shù)值自平均晶粒面積值分散開來(lái)的程度。一個(gè)較大的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差，代表大部分的晶粒面積數(shù)值和其平均晶粒面積值之間差異較大(各個(gè)晶粒面積值遠(yuǎn)離平均晶粒面積值)；一個(gè)較小的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差，代表各個(gè)晶粒面積數(shù)值較接近其平均晶粒面積值，各個(gè)晶粒面積之間差異較小。距平均晶粒面積值大于或小于一個(gè)晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)的數(shù)值范圍(等同μ±σ)，在常態(tài)分布中，此晶粒面積范圍的晶粒個(gè)數(shù)所占比率為全部晶粒個(gè)數(shù)的68％；兩個(gè)晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)(等同μ±2σ)，此晶粒面積范圍的晶粒個(gè)數(shù)所占比率為全部晶粒個(gè)數(shù)的95％；三個(gè)晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)(等同μ±3σ)，此晶粒面積范圍的晶粒個(gè)數(shù)所占比率為全部晶粒個(gè)數(shù)的99.7％。

實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上(等同良品高度0mm區(qū)域切出的多晶硅芯片，以下皆以此類推)晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為8.1mm²；良品高度150mm切片上晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為25.4mm²；良品高度300mm切片上晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為39.4mm²，實(shí)施例多晶硅晶棒隨著良品高度增加而遞增晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值。相對(duì)地，對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm 切片上晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為68.4mm²；良品高度150mm切片上晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為40.1mm²；良品高度300mm切片上晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值為30.1mm²，對(duì)照組多晶硅晶棒隨著良品高度增加而遞減晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差值。相較之下，本實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域中(良品高度小于100mm)任一切片的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差小于22mm²，遠(yuǎn)低于對(duì)照組多晶硅晶棒的底部區(qū)域中任一切片的晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差(大于50mm²)；實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域中切片的各個(gè)晶粒面積較接近切片平均晶粒面積值，具有較集中的晶粒大小，例如在良品高度0mm的切片下，晶粒面積為4.3±8.1mm²范圍的晶粒數(shù)量占68％；晶粒面積為4.3±(2x8.1)mm²范圍的晶粒數(shù)量占95％。反之，對(duì)照組多晶硅晶棒在底部區(qū)域任一切片的各個(gè)晶粒面積分布較分散，呈現(xiàn)大小不一的分布，例如在對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm的切片下，晶粒面積為9.9±68.4mm²范圍的晶粒數(shù)量占68％；晶粒面積為9.9±(2x68.4)mm²范圍的晶粒數(shù)量占95％，顯示對(duì)照組多晶硅晶棒的底部區(qū)域的晶粒面積大小分布非常分散，大小不一。

圖10顯示實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的晶粒面積變異系數(shù)的比較，橫軸為兩個(gè)的良品高度(單位：mm)，縱軸為晶粒面積變異系數(shù)值(單位：％)，每個(gè)量測(cè)點(diǎn)代表良品高度的切片，其對(duì)應(yīng)的晶粒面積變異系數(shù)值為多少％。晶粒面積變異系數(shù)的定義為切片晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差除以切片平均晶粒面積(可視為晶粒面積標(biāo)準(zhǔn)偏差的正常化normalization)，晶粒面積變異系數(shù)較小代表晶粒面積較平均且較接近切片的平均晶粒面積，等同于晶粒面積分布越集中；反之，若晶粒面積變異系數(shù)較大代表切片晶粒面積呈現(xiàn)不規(guī)則情況，且晶粒面積大小分布不均。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上(等同良品高度0mm區(qū)域切出的多晶硅芯片，以下皆以此類推)晶粒面積變異系數(shù)為188％；良品高度150mm切片上晶粒面積變異系數(shù)為279％；良品高度300mm切片上晶粒面積變異系數(shù)為368％，實(shí)施例多晶硅晶棒隨著良品高度增加而遞增晶粒面積變異系數(shù)。實(shí)施例多晶硅晶棒切片的晶粒面積變異系數(shù)約介于150％至400％的范圍，呈線性關(guān)系；實(shí)施例多晶硅晶棒整支任一切片的晶粒面積變異系數(shù)皆小于370％。對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上晶粒面積變異系數(shù)為691％；良品高度150mm切片上晶粒面積變異系數(shù)為413％；良品高度300mm切片上晶粒面積變異系數(shù)為485％，對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與晶粒面積變異系數(shù)之間并未有線性關(guān)系。實(shí)施例多晶硅晶棒切片的晶粒面積變異系數(shù)約介于150％至400％的范圍，經(jīng)過(guò)實(shí)施例多晶硅晶棒的各切片與對(duì)照組多晶硅晶棒的各切片的光電效率測(cè)量后，得知實(shí)施例多晶硅晶棒任一切片的光電轉(zhuǎn)換效率(平均值17.67％)較對(duì)照組多晶硅晶棒任一切片的光電轉(zhuǎn)換效率(平均值17.20％)高，故實(shí)施例多晶硅晶棒整體具有更佳的光電轉(zhuǎn)換效率，如后續(xù)圖14所示及詳細(xì)說(shuō)明。

圖11顯示實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的各切片平均晶粒長(zhǎng)寬比的比較，橫軸為兩個(gè)的良品高度(單位：mm)，縱軸為平均晶粒長(zhǎng)寬比，每個(gè)量測(cè)點(diǎn)代表良品高度的切片，其對(duì)應(yīng)的平均晶粒長(zhǎng)寬比為多少，長(zhǎng)寬比的定義為同一晶粒中，晶粒晶界內(nèi)最長(zhǎng)軸與最短軸的比例，故長(zhǎng)寬比越大形狀越呈橢圓；反之，長(zhǎng)寬比為1時(shí)，等同一圓形。實(shí)施例多晶硅晶棒切片的平均晶粒長(zhǎng)寬比約介于3.0至4.5之間；實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上(等同良品高度0mm區(qū)域切出的多晶硅芯片，以下以此類推)平均晶粒長(zhǎng)寬比為3.3；良品高度150mm切片上平均晶粒長(zhǎng)寬比為4.3；良品高度300mm切片上平均晶粒長(zhǎng)寬比為4.1。實(shí)施例多晶硅晶棒底部區(qū)域(良品高度小于100mm)的切片的平均晶粒長(zhǎng)寬比約介于3至4之間，代表底部區(qū)域的切片上的晶粒大多呈現(xiàn)3至4長(zhǎng)短軸比例。對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上平均晶粒長(zhǎng)寬比為5；良品高度150mm切片上平均晶粒長(zhǎng)寬比為5.1；良品 高度300mm切片上平均晶粒長(zhǎng)寬比為3.8。相較之下，對(duì)照組多晶硅晶棒的底部區(qū)域切片的平均晶粒長(zhǎng)寬比約為5，大于實(shí)施例多晶硅晶棒的底部區(qū)域切片的平均晶粒長(zhǎng)寬比(小于4)。

圖12顯示實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比的比較，橫軸為兩個(gè)的良品高度(單位：mm)，縱軸為切片的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占切片全部晶界長(zhǎng)度的比例為多少。在切片上，晶界類型可以分為小角晶界和大角晶界兩種，小角晶界是指兩相鄰晶粒之間的旋轉(zhuǎn)夾角小于10度的晶界，而大角晶界是指旋轉(zhuǎn)角大于10度的晶界。根據(jù)共位晶界模型，大角晶界又可以分為特殊晶界(亦稱為共位晶格coincidence site lattice；CSL；用∑值表示例如：∑3、∑9和∑27型等晶界)和普通晶界(亦稱隨機(jī)晶界；random)?！浦档臄?shù)字大小是晶界兩邊的晶格排列規(guī)律性的表現(xiàn)，將相鄰兩個(gè)晶粒的點(diǎn)陣，分別向空間延伸，使其相互穿插，則其中有些點(diǎn)陣會(huì)相互重合，數(shù)字愈小表示晶界兩邊的晶格排列重合程度高，晶界的能量也愈低，例如∑3型的晶界是淺能級(jí)復(fù)合中心，而其他晶界則是深能級(jí)復(fù)合中心。

由圖12得知，實(shí)施例多晶硅晶棒的切片隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比約介于45％至70％之間；實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上(等同良品高度0mm區(qū)域切出的多晶硅芯片，以下皆以此類推)隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為67.7％；良品高度150mm切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為54.2％；良品高度300mm切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為46.8％；特別地，底部區(qū)域(良品高度小于100mm)的切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比大于60％。對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度0mm切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為29.8％；良品高度150mm切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為32.4％；良品高度300mm切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比為40.1％，對(duì)照組多晶硅晶棒的切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比約介于29.8％至40.1％之間；明顯地，實(shí)施例多晶硅晶棒在各個(gè)良品高度的切片的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比皆大于對(duì)照組多晶硅晶棒的切片上隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，隨機(jī)(random)晶界吸引金屬雜質(zhì)沉積的能力要大于高∑值的晶界，而低∑值的晶界吸引金屬雜質(zhì)的能力最弱。實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度為切片上全部晶界長(zhǎng)度的約45％至70％之間，隨機(jī)晶界比例已比一般制程提高到另一個(gè)程度，使得大部分金屬雜質(zhì)被吸引并且累積在晶界上，如此在多晶硅晶鑄錠成長(zhǎng)過(guò)程中，能減少晶粒內(nèi)部被偏析的金屬雜質(zhì)，進(jìn)而提升實(shí)施例多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖13顯示實(shí)施例多晶硅晶棒的晶粒長(zhǎng)寬比和光電轉(zhuǎn)換效率的量測(cè)值，橫軸為良品高度(單位：mm)，左縱軸為平均晶粒長(zhǎng)寬比，右縱軸為光電轉(zhuǎn)換效率(單位：％)，每個(gè)量測(cè)點(diǎn)代表良品高度的切片，其對(duì)應(yīng)的平均晶粒長(zhǎng)寬比及其光電轉(zhuǎn)換效率為多少。光電轉(zhuǎn)換效率是光能轉(zhuǎn)換為電能的效率，太陽(yáng)電池的測(cè)試設(shè)備采用AM1.5G的標(biāo)準(zhǔn)光譜，此光譜是根據(jù)實(shí)際的AM1.5G光譜人為修正后得到的，其光強(qiáng)為1000W/平方米。實(shí)施例多晶硅晶棒的平均晶粒長(zhǎng)寬比為3.7時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換效率為17.52％，此量測(cè)點(diǎn)為良品高度約20mm的切片；平均晶粒長(zhǎng)寬比為4.00時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換效率為17.86％，此量測(cè)點(diǎn)為良品高度約介于50～60mm的切片；平均晶粒長(zhǎng)寬比為4.20時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換效率為17.71％，此量測(cè)點(diǎn)為良品高度約介于90～100mm的切片；平均晶粒長(zhǎng)寬比為4.25時(shí)，其光電轉(zhuǎn)換效率為17.70％，此量測(cè)點(diǎn)為良品高度約介于120～130mm的切片，故可以得知在平均晶粒長(zhǎng)寬比介于3.80至4.25之間時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率大于17.60％，良品高度約介于30～130mm的切片，此平均晶粒長(zhǎng)寬比介于3.80至4.25之間具有最佳的光電轉(zhuǎn)換效率，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男首罡?。并非如原本預(yù)測(cè)平均晶粒長(zhǎng)寬比越高或越低而有較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖14顯示實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率的比較，縱軸為光電轉(zhuǎn) 換效率(單位：％)，圖中可看出實(shí)施例多晶硅晶棒與對(duì)照組多晶硅晶棒整支良品的光電轉(zhuǎn)換效率的最大值、最小值與整體平均值。實(shí)施例多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最大值可達(dá)到17.77％；光電轉(zhuǎn)換效率最小值可達(dá)到17.57％；整體的光電轉(zhuǎn)換效率平均值為17.67％。對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率的最大值可達(dá)到17.40％；光電轉(zhuǎn)換效率最小值可達(dá)到17.00％；整體的光電轉(zhuǎn)換效率平均值為17.20％。相較之下，實(shí)施例多晶硅晶棒的平均光電轉(zhuǎn)換效率(17.67％)較對(duì)照組多晶硅晶棒的平均光電轉(zhuǎn)換效率(17.20％)約多0.47％至0.5％，且實(shí)施例多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最小值17.57％仍然大于對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最大值17.40％，故實(shí)施例多晶硅晶棒整體光電轉(zhuǎn)換效率大于對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)施例多晶硅晶棒具有較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖15顯示對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與晶向面積比例關(guān)系的折線圖，是通過(guò)電子背向散射繞射(electron back-scattered diffraction,EBSD)進(jìn)行結(jié)晶學(xué)方面的分析，橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為切片的各種晶向面積比例。由量測(cè)可以得知，對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度之間的切片具有{100}晶向硅晶粒的面積百分比占切片上總晶向硅晶粒面積的比例介于約0％至約1％之間；{101}晶向硅晶粒的占比介于約8％至約10％之間；{111}晶向硅晶粒的占比介于約10％至約20％之間；{112}晶向硅晶粒的占比介于約5％至約25％之間；{113}晶向硅晶粒的占比介于約16％至約30％之間；{115}晶向硅晶粒的占比介于約8％至約10％之間；{313}晶向硅晶粒的占比介于約6％至約14％之間；{315}晶向硅晶粒的占比介于約14％至約24％之間。

圖16顯示實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度與晶向面積比例關(guān)系的折線圖。軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為切片的各種晶向比例。由量測(cè)可以得知，實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度之間的切片具有{100}晶向硅晶粒的面積百分比占切片上總晶向硅晶粒面積的比例介于約0％至約3％之間；{101}晶向硅晶粒的占比介于約0％至約3％之間；{111}晶向硅晶粒的占比介于約16％至約21％之間；{112}晶向硅晶粒的占比介于約20％至約29％之間；{113}晶向硅晶粒的占比介于約7％至約12％之間；{115}晶向硅晶粒的占比介于約13％至約30％之間；{313}晶向硅晶粒的占比介于約3％至約5％之間；{315}晶向硅晶粒的占比介于約15％至約25％之間。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度約0mm的切片具有{100}晶向硅晶粒的面積百分比占切片上總晶向硅晶粒面積的比例約2％；{101}晶向硅晶粒的占比介于約3％；{111}晶向硅晶粒的占比介于約16％；{112}晶向硅晶粒的占比介于約26％；{113}晶向硅晶粒的占比介于約11％；{115}晶向硅晶粒的占比介于約13％；{313}晶向硅晶粒的占比介于約4％；{315}晶向硅晶粒的占比介于約25％。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度約150mm的切片具有{100}晶向硅晶粒的面積百分比占切片上總晶向硅晶粒面積的比例約2％；{101}晶向硅晶粒的占比介于約3％；{111}晶向硅晶粒的占比介于約21％；{112}晶向硅晶粒的占比介于約28％；{113}晶向硅晶粒的占比介于約8％；{115}晶向硅晶粒的占比介于約18％；{313}晶向硅晶粒的占比介于約4％；{315}晶向硅晶粒的占比介于約16％。實(shí)施例多晶硅晶棒的良品高度約300mm的切片具有{100}晶向硅晶粒的面積百分比占切片上總晶向硅晶粒面積的比例約0％；{101}晶向硅晶粒的占比介于約0％；{111}晶向硅晶粒的占比介于約18％；{112}晶向硅晶粒的占比介于約20％；{113}晶向硅晶粒的占比介于約12％；{115}晶向硅晶粒的占比介于約29％；{313}晶向硅晶粒的占比介于約4％；{315}晶向硅晶粒的占比介于約17％。

實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片具有{112}、{111}與{115}晶向硅晶粒的面積百分比的總和 占切片上總晶向硅晶粒面積的比例高于50％，3種晶向組成優(yōu)勢(shì)晶向群組。在一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片具有3種晶向{112}、{315}及{115}組成優(yōu)勢(shì)晶向群組，3種晶向的面積百分比總和大于50％。在一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片具有3種晶向{112}、{315}及{111}的硅晶粒組成優(yōu)勢(shì)晶向群組，3種晶向的面積百分比總和大于50％。一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片具有3種晶向{111}、{115}及{315}的硅晶粒組成優(yōu)勢(shì)晶向群組，3種晶向的面積百分比總和大于50％。故實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片是由{111}、{112}、{115}及{315}的任3種晶向組成優(yōu)勢(shì)晶向群組，3種晶向的面積百分比總和占切片上總晶向硅晶粒面積的比例高于50％。

圖17顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{100}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{100}晶向面積比例。由圖17可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒在良品高度200mm以下的{100}晶向面積比例約為1.4％～2.1％，高于對(duì)照組多晶硅晶棒在良品高度200mm的{100}晶向面積比例小于1％。

圖18顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{101}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{101}晶向面積比例。由圖18可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒整體{101}晶向面積比例約為0.4％～2.6％(低于3％)，低于對(duì)照組多晶硅晶棒整體{101}晶向面積比例約為8.3％～9.9％。

圖19顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{111}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{111}晶向面積比例。由圖19可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒在良品高度100mm以下各切片的{111}晶向面積比例高于對(duì)照組多晶硅晶棒在良品高度100mm以下相對(duì)應(yīng)各切片的{111}晶向面積比例。

圖20顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{112}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{112}晶向面積比例。由圖20可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒在良品高度200mm以內(nèi)各切片的{112}晶向面積比例大于25％，高于對(duì)照組多晶硅晶棒在良品高度200mm以內(nèi)各切片的{112}晶向面積比例(低于20％)。

圖21顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{113}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{113}晶向面積比例。由圖21可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒整體各切片的{113}晶向面積比例小于12％，低于對(duì)照組多晶硅晶棒整體各切片的{113}晶向面積比例(大于16％)。

圖22顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{115}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{115}晶向面積比例。由圖22可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒整體各切片的{115}晶向面積比例大于10％，高于對(duì)照組多晶硅晶棒整體各切片的{115}晶向面積比例(小于10％)。

圖23顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{313}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{313}晶向面積比例。由圖23可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒整體各切片的{313}晶向面積比例小于5％，低于對(duì)照組多晶硅晶棒整體各切片的{313}晶向面積比例(大于7％)。

圖24顯示實(shí)施例與對(duì)照組多晶硅晶棒的良品高度與{315}晶向面積比例關(guān)系的折線圖。橫軸為良品高度(單位：mm)，縱軸為{315}晶向面積比例。由圖24可以得知實(shí)施例多晶硅晶棒在良品高度100mm以下各切片的{315}晶向面積比例高于對(duì)照組多晶硅晶棒在良品高度 100mm以下相對(duì)應(yīng)各切片的{315}晶向面積比例。

簡(jiǎn)言之，在一實(shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒切片的晶粒面積變異系數(shù)約介于150％至400％之間，實(shí)施例多晶硅晶棒整體具有更佳的光電轉(zhuǎn)換效率(實(shí)施例多晶硅晶棒的平均光電轉(zhuǎn)換效率17.67％大于對(duì)照組多晶硅晶棒的17.20％)，且實(shí)施例多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最小值17.57％仍然大于對(duì)照組多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率最大值17.40％，故實(shí)施例多晶硅晶棒整體具有更佳的光電轉(zhuǎn)換效率。在一實(shí)施例中，平均晶粒長(zhǎng)寬比介于3.80至4.25之間時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率大于17.60％，因此平均晶粒長(zhǎng)寬比介于3.80至4.25之間具有最佳的光電轉(zhuǎn)換效率，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男首罡?。在一?shí)施例中，實(shí)施例多晶硅晶棒的任一切片的隨機(jī)晶界長(zhǎng)度占比約介于45％至70％之間，隨機(jī)晶界比例已比一般制程提高到另一個(gè)程度，使得大部分金屬雜質(zhì)被吸引并且累積在晶界上，如此在多晶硅晶鑄錠成長(zhǎng)過(guò)程中，能減少晶粒內(nèi)部被偏析的金屬雜質(zhì)，進(jìn)而提升實(shí)施例多晶硅晶棒的光電轉(zhuǎn)換效率。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。