專利名稱：晶體形成方式及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)有多晶硅晶體成型方法及裝置的改良，旨在解
鈍性晶界，導(dǎo)致由多晶硅晶體切片成型的芯片電鈍性及光電轉(zhuǎn) 化效率較低的課題。
背景技術(shù)：
按，太陽能光電池屬半導(dǎo)體的一種，故又稱為太陽能芯片，硅
(silicon)為目前通用的太陽能電池的原料代表，其發(fā)電原理為將太陽光 能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能光電基板(Solar PV Cell)的芯片材質(zhì)有很多種， 大致上可分為單晶硅(Monocrystalline Silicon)、 多晶硅 (Polycrystalline/Multicrystalline Silicon)、非晶娃(Amorphous Silicon),以 及其它非硅材料，其中以單晶硅及多晶硅兩類最為常見；而，單晶硅
的組成原子均按照一定的規(guī)則，產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率較高，但相對的制造成 本也較為昂貴，雖然早期市場的產(chǎn)品仍以單晶硅為主，但由于單晶硅 的生產(chǎn)成本較高，加上近年來多晶硅的技術(shù)進展很快，使得多晶硅的 轉(zhuǎn)換效率大幅的提高，在低成本的優(yōu)勢下，多晶硅已有取代單晶硅產(chǎn) 品的趨勢。
而目前業(yè)界所普遍采用的多晶硅晶體制造技術(shù)如圖l所示，于坩鍋 A內(nèi)將長晶的液相原料放入，在坩鍋A兩側(cè)加熱器Al及坩鍋A底層散熱 板A2的作用下，使坩鍋A底層形成無數(shù)初成核l,并且令該初成核l以 單向凝固向上成長而形成一如圖2所示的完整多晶硅晶體10 ，該多晶 硅晶體10最后采用橫向切割、研磨、拋光和切片成為既定尺寸的芯片 底材，以供制作成太陽能芯片。
再者，多晶硅晶體的各初成核之間由"晶界"所區(qū)隔，利用上述 既有技術(shù)所成型的多晶硅晶體因為初成核的體積無法大型化，配合參照圖3所示，將使得習(xí)有多晶硅晶體10單位面積中具有較多數(shù)量的初成 核l,相對的晶界ll的數(shù)量也較多，導(dǎo)致利用此多晶硅晶體10所切片成 型的芯片光電轉(zhuǎn)化率低。
另外，習(xí)有制造技術(shù)所生產(chǎn)的多晶硅晶體其晶界多半屬于活性晶 界，電子電洞經(jīng)過活性晶界的區(qū)域就會被抓住，不能夠發(fā)電，成為無 效的區(qū)域；但如果經(jīng)過的是電鈍性晶界區(qū)域，電子電洞就不受影響， 效能就如同單晶 一樣。因此如何控制電鈍性晶界或減少活性晶界對多 晶硅晶體制造技術(shù)來講是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的即在解決既有習(xí)知技術(shù)所成型無法使初成核的 體積大型化，導(dǎo)致由多晶硅晶體切片成型的芯片電鈍性及光電轉(zhuǎn)化效 率較低的課題，亦即能夠有效降低芯片的電阻，并可提升電鈍性，進 而增加芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
為達上揭目的，本發(fā)明主要透過對坩鍋底層施以局部高冷卻方式， 使液相原料的徑向延伸方向形成復(fù)數(shù)的溫度差異區(qū)，以控制各初成核 的形成位置及生長方向，使各初成核向上成長而形成的完整多晶硅晶 體具有較高的電鈍性以及單位橫切面積晶界數(shù)量較少的特性甚至于， 可進一步采用沿著初成核成長方向縱向切割的方式完全減少晶界。
本發(fā)明的功效之一，在于能夠提升電鈍性，使多晶硅晶體內(nèi)部的 電子電洞不會受到影響，以增加芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的功效之二，在于減少晶界即減少芯片內(nèi)部雜質(zhì)，因此同 樣能夠增加芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1為習(xí)有晶體成型技術(shù)的初成核形成狀態(tài)示意圖； 圖2為利用習(xí)有晶體成型技術(shù)所完成的多晶硅晶體外觀示意圖； 圖3為利用習(xí)有晶體成型技術(shù)所完成的多晶硅晶體橫切面結(jié)構(gòu)示 意圖；圖4為本發(fā)明的成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的成型裝置放大結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明的另一成型裝置結(jié)構(gòu)立體圖； 圖7為本發(fā)明的初成核形成狀態(tài)示意圖； 圖8為本發(fā)明的初成核擴大狀態(tài)示意圖； 圖9為利用本發(fā)明所完成的多晶硅晶體外觀示意圖； 圖10為本發(fā)明第一實施例的散熱裝置平面結(jié)構(gòu)圖 圖ll為本發(fā)明第二實施例的散熱裝置平面結(jié)構(gòu)圖 圖12為本發(fā)明第三實施例的散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖 圖13為本發(fā)明第四實施例的散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖 圖14為利用本發(fā)明所完成的多晶硅晶體橫切面結(jié)構(gòu)示意圖圖號說明
A坩鍋
A2散熱板
A31凹槽
A33散熱管
A4液相原料
A42低溫區(qū)
IO多晶硅晶體
Al加熱器
A3散熱裝置
A32散熱區(qū)
A34作動件
A41高溫區(qū)
l初成核
ll晶界
具體實施例方式
本發(fā)明的特點，可參閱本案圖式及實施例的詳細(xì)說明而獲得清楚 地了解。
本發(fā)明晶體形成方式及裝置，旨在解決既有習(xí)知技術(shù)所成型無法 使初成核的體積大型化，導(dǎo)致由多晶硅晶體切片成型的芯片電鈍性及 光電轉(zhuǎn)化效率較低的課題；而本發(fā)明利用局部高冷卻方式，使液相原 料的徑向延伸方向形成復(fù)數(shù)的溫度差異區(qū)(例如形成有復(fù)數(shù)間隔排列的 高溫區(qū)及低溫區(qū))，并利用初成核的生長癖好，以控制各初成核的形成 位置及生長方向，使各初成核向上成長而形成的完整多晶硅晶體具有較高的電鈍性以及單位橫切面積晶界數(shù)量較少的特性。
如圖4及圖5所示，主要透過局部冷卻方式，使液相原料的徑向延 伸方向形成復(fù)數(shù)間隔排列的高溫區(qū)及低溫區(qū)，其中，該整體成型裝置 包括有一用以容置液相原料A4的坩鍋A、相對設(shè)于坩鍋A底層的散熱裝 置A3及相對設(shè)在坩鍋A周圍(而本實施例設(shè)置于邊側(cè))的加熱器A1，如圖 所示的實施例中，該散熱裝置A3可以為散熱板或均熱板，其中該散熱 裝置A3靠近坩鍋A—側(cè)設(shè)有復(fù)數(shù)與坩鍋A接觸區(qū)段及非接觸區(qū)段，如圖 所示的實施例中，該散熱裝置A3靠近坩鍋A—側(cè)可設(shè)有復(fù)數(shù)低于表面 不連續(xù)的凹槽A31,藉由設(shè)置復(fù)數(shù)不連續(xù)凹槽A31的方式，使對坩鍋A 底部產(chǎn)生間隔散熱及局部冷卻的效果，如圖所示，各凹槽A31即形成為 與坩鍋A非接觸區(qū)段，各凹槽A31間形成有與坩鍋A底層為接觸區(qū)段的 散熱區(qū)A32;當(dāng)然，該散熱裝置A3亦可于靠近坩鍋一側(cè)設(shè)有復(fù)數(shù)突出 于表面不連續(xù)的散熱區(qū)A32,如圖6所示，各散熱區(qū)A32可以外加于該 散熱裝置A3上，且為數(shù)組分布方式，當(dāng)然各散熱區(qū)亦可以與該散熱裝 置一體成型，亦可以為非數(shù)組分布方式排列于散熱裝置上。
而整體裝置即在坩鍋A邊側(cè)或周圍加熱器A1及坩鍋A底層散熱裝 置A3的作用下，使坩鍋A底層的特定位置形成初成核1，如圖5、圖7及 圖8所示，該散熱裝置A3對坩鍋A底層施以局部冷卻，使該液相原料A4 相對于散熱裝置的各凹槽A31形成有高溫區(qū)A41,而相對于散熱區(qū)A32 則形成有低溫區(qū)A42,令該液相原料A4其徑向延伸方向形成復(fù)數(shù)的溫 度差異區(qū)，而各低溫區(qū)A42上的液相原料A4結(jié)晶形成復(fù)數(shù)初成核1，請 同時參閱圖6及圖7所示，坩鍋A持續(xù)受熱及保溫的作用下使初成核l朝 向二側(cè)徑向非接觸區(qū)段而高溫區(qū)A41 (亦即各凹槽A31)擴大，因此能夠 使首先形成于坩鍋A下層的初成核1大型化，以及藉以控制初成核l的形 式，進而各初成核1以單向凝固向上成長而形成一如圖9所示的完整多 晶義圭晶體IO。.
于實施時，散熱裝置A3可以如圖10所示，采用數(shù)組分布方式在散 熱裝置A3上設(shè)有復(fù)數(shù)凹槽A31,該凹槽A31可以為矩形，抑或是如圖ll 所示，以非數(shù)組分布方式在散熱裝置A3上設(shè)有復(fù)數(shù)凹槽A31，該凹槽A31亦可以為圓形， -使達到控制初成核形式的目的。
另外，本發(fā)明散熱裝置的另一實施例亦可如圖12所示，該散熱裝 置A3設(shè)有復(fù)數(shù)散熱管A33,而各散熱管A33—端與坩鍋A底層接觸，使 該坩鍋A底層與各散熱管A33接觸區(qū)段形成低溫區(qū)A42，其它則為高溫 區(qū)A41,而各散熱管A33中亦可進一步充填有散熱介質(zhì)，以作為熱傳導(dǎo) 物質(zhì)，例如可以為氣體或液體，而該散熱介質(zhì)亦可以為流動式或非流 動式，如圖13所示，該散熱裝置A3可進一步設(shè)有與各散熱管A33連通 的作動件A34，使各散熱管A33內(nèi)具有的散熱介質(zhì)可形成流動式，可加 強其散熱冷卻效果。
由于本發(fā)明首先形成于坩鍋下層的初成核具有可大型化的特性， 使得由各初成核單向凝固向上成長而形成的完整多晶硅晶體具有如圖 14所示，單位橫切面積初成核l及晶界ll數(shù)量較少的優(yōu)點；當(dāng)然，該多 晶硅晶體10可進一步采用沿著初成核1成長方向縱向切割的方式減少 晶界，進而能夠減少芯片因為晶界所衍生的電阻；尤其，在芯片內(nèi)部 晶界(即芯片內(nèi)部雜質(zhì))相對減少之后，能夠增加芯片的光電轉(zhuǎn)換效率； 再者，藉由局部高冷卻方式，使該初成核隨其生長癖好而形成初成核， 可提升電鈍性，使多晶硅晶體內(nèi)部的電子電洞不會受到影響，以增加 芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
綜上所述，本發(fā)明提供一較佳可行的晶體形成方式及裝置，有效 解決既有習(xí)知技術(shù)所成型無法使初成核的體積大型化，導(dǎo)致由多晶硅 晶體切片成型的芯片產(chǎn)生電鈍性較低的課題，爰依法提呈發(fā)明專利的 申請；本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術(shù) 的人士仍可能基于本發(fā)明的揭示而作各種不背離本案發(fā)明精神的替換 及修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所揭示者，而應(yīng)包 括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的申請專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1、一種晶體形成方式，利用局部高冷卻方式，使液相原料的徑向延伸方向形成復(fù)數(shù)的溫度差異區(qū)，以控制各初成核的形成位置及生長方向，使各初成核向上成長而形成的完整多晶硅晶體具有較高的電鈍性以及單位橫切面積晶界數(shù)量較少的特性。
2、 如權(quán)利要求l所述的晶體形成方式，其中該高冷卻方 式以局部冷卻， -使液相原料的徑向延伸方向形成復(fù)數(shù)間隔排 列的高溫區(qū)及低溫區(qū)，其中各低溫區(qū)上的液相原料結(jié)晶形成 復(fù)it初成核，而各初成核朝二側(cè)徑向的高溫區(qū)延伸生長。
3、 如權(quán)利要求l所述的晶體形成方式，其中該液相原料 容置于坩鍋中，透過對坩鍋底層施以局部冷卻，其中該坩鍋 底層進一步設(shè)有散熱裝置，以對坩鍋底層施以局部冷卻。
4、 如權(quán)利要求3所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置 靠近蚶鍋一側(cè)設(shè)有復(fù)數(shù)與坩鍋接觸區(qū)段及非接觸區(qū)段。
5、 如權(quán)利要求3所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置 靠近坩鍋 一 側(cè)設(shè)有復(fù)數(shù)低于表面不連續(xù)的凹槽。
6、 如權(quán)利要求5所述的晶.體形成方式，其中各凹槽間形 成有與坩鍋底層接觸的散熱區(qū)。
7、 如權(quán)利要求5所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置 采用數(shù)組分布方式設(shè)有復(fù)數(shù)凹槽。
8、 如權(quán)利要求5所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置 采用非數(shù)組分布方式設(shè)有復(fù)數(shù)凹槽。
9、 如權(quán)利要求3所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置 靠近坩鍋一側(cè)設(shè)有復(fù)數(shù)突出于表面不連續(xù)的散熱區(qū)。
10、 如權(quán)利要求9所述的晶體形成方式，其中各散熱區(qū) 可以與該散熱裝置一體成型；或者各散熱區(qū)可以外加于該散 熱裝置上。
11、 如權(quán)利要求9所述的晶體形成方式，其中該散熱裝置采用數(shù)組分布方式設(shè)有復(fù)數(shù)散熱區(qū)。
12、 如權(quán)利要求9所述的晶體形成方式，其中該散熱裝 置采用非數(shù)組分布方式設(shè)有復(fù)數(shù)散熱區(qū)。
13、 如權(quán)利要求3所述的晶體形成方式，其中該散熱裝 置設(shè)有復(fù)數(shù)散熱管，而各散熱管一端與坩鍋底層接觸，其中 各散熱管中充填有散熱介質(zhì)。
14、 如權(quán)利要求l所述的晶體形成方式，其中該多晶硅 晶體采用沿著初成核成長方向縱向切割的方式避開晶界。
15、 一種晶體形成裝置，包有 一坩鍋，用以容置液相原料； 加熱器，設(shè)于坩鍋周圍；一設(shè)于坩鍋底層散熱裝置，該散熱裝置靠近坩鍋一側(cè)設(shè) 有復(fù)數(shù)與坩鍋接觸區(qū)段及非接觸區(qū)段。
16、 一種晶體形成裝置，包有 一坩鍋，用以容置液相原料； 加熱器，設(shè)于坩鍋周圍；一設(shè)于坩鍋底層散熱裝置，該散熱裝置靠近坩鍋一側(cè)設(shè) 有復(fù)數(shù)低于表面不連續(xù)的凹槽。
17、 一種晶體形成裝置，包有 一坩鍋，用以容置液相原料； 加熱器，設(shè)于坩鍋周圍；一設(shè)于坩鍋底層散熱裝置，該散熱裝置靠近坩鍋一側(cè)設(shè) 有復(fù)數(shù)突出于表面不連續(xù)的散熱區(qū)。
18、 一種晶體形成裝置，包有 一坩鍋，用以容置液相原料； 加熱器，.設(shè)于坩鍋周圍；一設(shè)于坩鍋底層散熱裝置，該散熱裝置設(shè)有復(fù)數(shù)散熱 管，而各散熱管一端與坩鍋底層接觸。
全文摘要
本發(fā)明晶體形成方式及裝置，主要透過對坩堝底層施以局部高冷卻方式，使液相原料的徑向延伸方向形成多數(shù)的溫度差異區(qū)，以控制各初成核的形成位置及生長方向，使各初成核向上成長而形成的完整多晶硅晶體具有較高的電鈍性晶界以及單位橫切面積晶界數(shù)量較少的特性；尤其，可進一步采用沿著初成核成長方向縱向切割的方式減少晶界，進而增加芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號C30B28/06GK101624723SQ20081013269
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者何思樺, 徐文慶, 藍崇文, 許松林, 陳志慧 申請人:昆山中辰矽晶有限公司