"、" 一個示例實施方案"等表示所描 述的實施方案可以包括特定的特性、結(jié)構(gòu)或特征，但是每個實施方案不必都包括特定的特 性、結(jié)構(gòu)或特征。此外，這類短語不必指相同的實施方案。另外，當(dāng)結(jié)合實施方案描述特定 的特性、結(jié)構(gòu)或特征時，無論是否明確地描述，結(jié)合其他實施方案影響這種特性、結(jié)構(gòu)或特 征均在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)。
[0062] 在該文件中，術(shù)語的單數(shù)形式用于包括一個或多個而不是一個，術(shù)語"或"用于指 無排他性的"或"，除非另外指明。另外，應(yīng)理解，本文中采用且沒有另外定義的措辭或用詞 僅用于說明的目的，而不是用于限制的目的。此外，本文件中引用的全部公開、專利和專利 文件都通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文中，如同通過引用方式單獨地并入。在本文件 和通過引用方式并入的那些文件中的用法不一致的情況下，在并入的參考文件中的用法應(yīng) 當(dāng)被認(rèn)為是本文件中用法的補充，對于矛盾的不一致，以本文件中的用法為準(zhǔn)。
[0063] 在本文所述的制造方法中，在不脫離本發(fā)明的原則的情況下，可以以任意順序來 實施步驟，除非明確地記載了時間順序或操作順序。此外，可以同時實施指定的步驟，除非 明確的權(quán)利要求語言記載了它們是分開實施的。例如，可以在單個操作內(nèi)同時執(zhí)行要求保 護(hù)的進(jìn)行X的步驟和要求保護(hù)的進(jìn)行Y的步驟，所得到的方法會落入要求保護(hù)的方法的字 面范圍內(nèi)。
[0064] 此外，可以同時實施指定的步驟，除非明確的權(quán)利要求語言記載了它們是分開實 施的。例如，可以在單個操作內(nèi)同時執(zhí)行要求保護(hù)的進(jìn)行X的步驟和要求保護(hù)的進(jìn)行Y的 步驟，所得到的方法會落入要求保護(hù)的方法的字面范圍內(nèi)。
[0065] 本發(fā)明涉及用于定向凝固的設(shè)備和方法。所述設(shè)備可以有利地用于在硅的定向凝 固期間的溫度梯度控制。本發(fā)明的設(shè)備和方法可以用于制造在太陽能電池中使用的硅晶 體。
[0066] 在本發(fā)明的實施方案中通過控制溫度梯度，可以實現(xiàn)高度受控的定向凝固。在本 發(fā)明中，利用硅中更均勻的水平熱場，定向結(jié)晶大致從底部到頂部進(jìn)行，因此期望的溫度梯 度在底部具有較低的溫度而在頂部具有較高的溫度。對溫度梯度以及相應(yīng)的定向結(jié)晶的高 度控制可以有利地允許更有效的定向凝固和更好的偏析，產(chǎn)生更高純度的硅。
[0067]
[0068] 單數(shù)形式"一（a或an)"或"該（the)"可以包括復(fù)數(shù)指示對象，除非有內(nèi)容另外 清楚地指明。
[0069] 如本文使用的，在一些實例中，當(dāng)應(yīng)用于其他術(shù)語，如"母液"、"晶體"、"熔融混合 物"、"混合物"、"沖洗溶液"、"熔融硅"等時，術(shù)語如"第一"、"第二"、"第三"等僅用作步驟之 間的區(qū)別的通用名稱，而不由本身表示步驟的優(yōu)先性或步驟的順序，除非另外清楚地表明。 例如，在一些實例中，"第三母液"可以是一個要素，而第一母液或第二母液可以不是該實例 的要素。在其他實例中，第一、第二和第三母液可以都是實例的要素。
[0070] 如本文使用的，"導(dǎo)管"可以指穿過材料的管形孔，其中材料不必是管形的。例如， 穿過材料塊的孔可以是導(dǎo)管?？卓梢跃哂斜戎睆礁蟮拈L度。導(dǎo)管可以通過將管（tube) (包括管路（pipe))嵌入在材料中而形成。
[0071] 如本文使用的，"接觸"可以指觸摸、使其接觸或使物質(zhì)直接相鄰的行為。
[0072] 如本文使用的，"坩堝"可以指可容納熔融材料的容器或模具，例如在材料被熔化 變?yōu)槿廴谖飼r可以容納材料的容器，可以接收熔融材料并且保持材料處于其熔融狀態(tài)的容 器，和當(dāng)材料凝固或結(jié)晶時可以容納熔融材料的容器，或其組合。
[0073] 如本文使用的，"結(jié)晶前沿"可以指固液界面。
[0074] 如本文使用的，"定向凝固"或"定向地凝固"等可以指以如下方式使材料結(jié)晶，在 大致一個位置開始，在大致線性方向（例如豎直地、水平地或垂直于表面）進(jìn)行并在大致另 一位置結(jié)束。如該定義中使用的，位置可以是點、平面或曲面，包括環(huán)形或碗形。
[0075] 如本文使用的，"風(fēng)扇"可以指可以使空氣移動的任何裝置或設(shè)備。
[0076] 如本文使用的，"空氣"可以指空氣、水蒸氣或其他氣體的任意混合物。
[0077] 如本文使用的，"熔劑"可以指添加到金屬熔池中以有助于去除雜質(zhì)的化合物，例 如去除浮渣內(nèi)的雜質(zhì)?？梢詫⑷蹌┎牧咸砑又两饘偃鄢?，使得熔劑材料可以與金屬熔池中 的一種或多種材料或化合物反應(yīng)以形成可以被去除的熔渣。
[0078] 如本文使用的，"熔爐"可以指具有用于加熱材料的室的機器、裝置、設(shè)備或其他結(jié) 構(gòu)。
[0079] 如本文使用的，"加熱元件"可以指產(chǎn)生熱量的材料件。在一些實例中，加熱元件可 以在使電流流過該材料時產(chǎn)生熱量。
[0080] 如本文使用的，"感應(yīng)加熱器"可以指通過在材料中或在加熱器中電流的感應(yīng)而將 熱量加到該材料中的加熱器?？梢酝ㄟ^使交流電穿過鄰近于該材料的金屬線圈而產(chǎn)生感應(yīng) 效應(yīng)。
[0081 ] 如本文使用的，"錠塊"可以指大塊鑄造材料。在一些實例中，材料的形狀使錠塊相 對容易地運輸。例如，被加熱超過其熔點并凝固成棒或塊的金屬被稱為錠塊。
[0082] 如本文使用的，"襯里"可以指施用到坩堝的至少一部分表面的材料層。襯里可以 作為坩堝的內(nèi)表面與坩堝內(nèi)部內(nèi)所容納的熔融材料之間的阻隔。
[0083] 如本文使用的，"熔體"或"熔化物"可以指當(dāng)暴露于足夠的熱量時從固體變成液體 的物質(zhì)。術(shù)語"熔體"也可以指已經(jīng)經(jīng)歷這種相變而變成熔融液體的材料。
[0084] 如本文使用的，"熔融物"可以指熔化的物質(zhì)，其中熔化是將固體物質(zhì)加熱到其變 為液體的溫度（稱為熔點）的過程。
[0085] 如本文使用的，"單晶硅"可以指具有單一并連續(xù)的晶格結(jié)構(gòu)而幾乎沒有缺陷或雜 質(zhì)的娃。
[0086] 如本文使用的，"聚晶硅"或"復(fù)晶硅（poly-Si) "或"多晶硅"可以指包含多個單 晶娃晶體的材料。
[0087] 如本文使用的，"純化"可以指所關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)與外來物質(zhì)或污染物質(zhì)的物理分 離或化學(xué)分離。
[0088] 如本文使用的，"耐火材料"可以指在高溫下、特別是在與熔化并定向凝固硅相關(guān) 的高溫下化學(xué)和物理穩(wěn)定的材料。耐火材料的實例包括但不限于氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、 氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化硅、石墨或其組合。
[0089] 如本文使用的，"側(cè)面"或"多個側(cè)面"可以指一個或多個側(cè)面，除非另外表明，則其 指與物體的一個或多個頂部或底部成對照的物體的一個或多個側(cè)面。
[0090] 如本文使用的，"硅"可以指具有化學(xué)符號Si的元素，并且可以指任何純度的Si， 但是通常指具有至少50重量％純度、至少75重量％純度、至少85重量％純度、至少90重 量％純度、至少95重量％純度、或至少99重量％純度或更高純度的硅。
[0091] 如本文使用的，"分離"可以指將一種物質(zhì)從另一種物質(zhì)中移除的過程（例如從混 合物中移除固體或液體）。該過程可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的技術(shù)，例如傾 析混合物，從混合物中撇去一種或多種液體，離心混合物，從混合物中過濾出固體，或其組 合。
[0092] 如本文使用的，"管"可以指中空的管形材料。管可以具有與其外部形狀大致匹配 的內(nèi)部形狀。管的內(nèi)部形狀可以是任何合適的形狀，包括圓形、正方形或具有任意數(shù)量的邊 的形狀，包括非對稱形狀。
[0093] 用于宙向凝固的坩堝
[0094] 圖1示出了本公開的坩堝10(例如，坩堝）的一個實例。坩堝10可以用于硅的定 向凝固。例如，坩堝10可以用作用于在熔爐內(nèi)熔化硅的坩堝。在一個實例中，在傾入坩堝 10內(nèi)之前，可將材料在熔爐中熔化。坩堝10也可以用作其中進(jìn)行定向凝固的容器，也被稱 為定向凝固坩堝。坩堝10可以由至少一種耐火材料12形成，所述耐火材料12配置為提供 用于熔化硅，或用于定向凝固熔融硅，或者用于這兩種情形。
[0095] i甘堝10可以具有底部14和從底部14向上延伸的一個或多個側(cè)面16。i甘堝10的 形狀可以與厚壁大碗相似，其可以具有圓形的或大致圓形的橫截面。坩堝10可以具有其他 橫截面形狀，包括但不限于正方形、或六邊形、八邊形、五邊形、或具有任何合適數(shù)量的邊的 任何合適的形狀。
[0096] 底部14和側(cè)面16限定了坩堝10的內(nèi)部，所述坩堝10可以容納熔融材料，例如熔 融硅2。該內(nèi)部也可以容納可經(jīng)熔化以形成熔融材料的固體材料，例如固體硅（未示出）。 耐火材料12可以包括面向內(nèi)部18的內(nèi)表面20。
[0097] 耐火材料12可以是任何合適的耐火材料，特別是適合于用于熔化或定向凝固硅 的坩堝的耐火材料?？梢杂米髂突鸩牧?2的材料的實例包括但不限于氧化鋁（Al2O3，也稱 為三氧化二鋁）、氧化娃（例如，SiO 2，也稱為二氧化娃）、氧化鎂（MgO,也稱為鎂砂）、氧化 媽（CaO)、氧化錯（ZrO2，也稱為二氧化錯）、氧化絡(luò)（III) (Cr2O3，也稱為三氧化二絡(luò)）、碳化 硅（SiC)、石墨或其組合。坩堝10可以包含一種耐火材料，或多于一種的耐火材料。在坩堝 10中包含的一種或多種耐火材料可以是混合的，或者它們可以位于坩堝10的單獨部分中， 或者其組合。一種或多種耐火材料12可以按層來布置。坩堝10可以包括多于一層的一種 或多種耐火材料12。坩堝10可以包括一層的一種或多種耐火材料12。坩堝10的側(cè)面16 可以由與底部14的耐火材料不同的耐火材料形成。與坩堝10的底部14相比，側(cè)面16可 以具有不同的厚度，包含不同的材料組成，包含不同量的材料，或其組合。在一個實例中，側(cè) 面16可以包含熱面耐火材料，例如氧化鋁。坩堝10的底部14可以包含傳導(dǎo)性（例如，導(dǎo) 熱）材料，例如碳化硅、石墨、鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅或其組合。在一個實例中，側(cè)面16包含氧 化鋁（三氧化二鋁）耐火材料，而底部14包含具有含磷粘合劑的碳化硅耐火物質(zhì)。
[0098] 雜質(zhì)可以從耐火材料12中傳送到熔融硅2,使得一些雜質(zhì)的雜質(zhì)水平可能高于對 于將硅用于光伏裝置而言的可接受水平。這在純化硅的定向凝固階段中可能特別成問題， 因為定向凝固可為硅的最終純化步驟之一，使得用于定向凝固的坩堝（例如坩堝10)中的 硅成為整個過程中最純的硅的一部分。例如，硼、鐵、碳或磷雜質(zhì)可以存在于耐火材料12 中。即使在非常低的硼、鐵或磷的水平下，在耐火材料12由于熔融硅2的鄰近和溫度而經(jīng) 歷高溫時，硼、鐵或磷可以被驅(qū)動擴散出耐火材料12并進(jìn)入熔融硅2中。另外，如果耐火材 料12是由三氧化二鋁（Al 2O3)制成的，或者包含三氧化二鋁，則三氧化二鋁可以在熔融硅2 的存在下經(jīng)歷還原反應(yīng)而形成可以污染熔融硅2的金屬鋁。
[0099] 襯里30可以被配置為防止或減少例如通過下述而對熔