專利名稱：一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法。
背景技術(shù)：
通過具有特定晶向的籽晶來誘導(dǎo)生長(zhǎng)鑄錠單晶硅是近年來在光伏硅電池領(lǐng)域得到了大幅應(yīng)用的ー種技木。但是由于現(xiàn)有大規(guī)模商業(yè)化的單晶提拉技術(shù)最大只能得到直徑為12英寸的單晶棒，開方切割后所能提供的籽晶面積較小，在邊長(zhǎng)為800mm的鑄錠坩堝底部擺設(shè)時(shí)，必然會(huì)需要3 25塊或更多的籽晶塊。硅塊屬于脆性強(qiáng)、延展性很差的材料，在加工時(shí)很難保持表面的絕對(duì)平整，并且鑄錠エ藝中所用的陶瓷坩堝底部平整度較差，一般為20±2mm，在籽晶塊擺放時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)寬度為O. r5mm的縫隙。在籽晶部分熔化過程中，縫隙處無籽晶，已熔化的硅液會(huì)填滿籽晶的部分高度，當(dāng)過冷度足夠時(shí)優(yōu)先結(jié)晶，形成大量的小晶粒，晶粒 廣15_，與籽晶塊一起誘導(dǎo)晶體的定向生長(zhǎng)，在縫隙處形成的小晶粒區(qū)域面積隨晶錠高度的増加，區(qū)域逐漸増大，以先生長(zhǎng)部分為底，后生長(zhǎng)部分為頂，到頂部時(shí)該區(qū)域已蔓延到整個(gè)晶錠，形成了大量的小晶粒區(qū)，由所得硅片制備而成的電池性能隨著該種小晶粒區(qū)域面積的增大而大幅降低。小粒徑晶粒區(qū)域存在大量的微缺陷，會(huì)増加少子的復(fù)合速率，顯著降低由其制備得到的電池的轉(zhuǎn)換效率。該缺陷區(qū)域面積越大，硅晶體質(zhì)量越差，如圖I和2所
/Jn ο因此，控制籽晶縫隙處的小晶體誘導(dǎo)生長(zhǎng)，對(duì)降低鑄錠單晶晶體缺陷密度有著極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，改善鑄錠單晶的質(zhì)量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟a)將一定厚度的單晶硅塊緊密排列，作為誘導(dǎo)籽晶鋪滿坩堝底部；b)將邊緣晶向與誘導(dǎo)籽晶晶向相同的單晶硅片填充在誘導(dǎo)籽晶縫隙中，填充的單晶硅片的數(shù)量依誘導(dǎo)籽晶縫隙的寬度而定；c)然后依次將娃料、摻雜元素原料、娃料置于坩堝中；d)抽真空，通入惰性氣體；e)加熱坩堝，使作為誘導(dǎo)籽晶的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化；f)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，誘導(dǎo)籽晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄錠單晶硅。進(jìn)ー步限定，填充的單晶硅片的寬度w是誘導(dǎo)籽晶厚度h的50°/Γ 10%
具體地，誘導(dǎo)籽晶的厚度h為5 50mm。具體地，單晶硅片的厚度t為O. l 2mm。本發(fā)明的有益效果是通過單晶硅片填充誘導(dǎo)籽晶之間的縫隙，能使晶體缺陷降低50%以上，大大提聞了鑄淀單晶娃的晶體質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說明。圖I是現(xiàn)有的鑄錠生產(chǎn)中誘導(dǎo)籽晶的鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的鑄錠生產(chǎn)中誘導(dǎo)籽晶縫隙處誘導(dǎo)生長(zhǎng)得到的硅片的光致發(fā)光檢測(cè) 圖；
圖3是本發(fā)明的誘導(dǎo)籽晶的鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中填充的單晶硅片的示意圖；圖5是本發(fā)明的誘導(dǎo)籽晶縫隙處誘導(dǎo)生長(zhǎng)得到的硅片的光致發(fā)光檢測(cè)圖；圖中，I.誘導(dǎo)籽晶，2.填充的單晶硅片。
具體實(shí)施例方式如圖3和4所示，一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟I、將厚度h為5 50mm的單晶硅塊緊密排列，作為誘導(dǎo)籽晶I鋪滿坩堝底部；2、將厚度t為O. f 2mm的單晶硅片填充在誘導(dǎo)籽晶I縫隙中，所填充的單晶硅片
2的數(shù)量依誘導(dǎo)籽晶I縫隙的寬度而定，使原誘導(dǎo)籽晶I縫隙減少90%以上，所填充的單晶硅片2的寬度w是誘導(dǎo)籽晶I高度的509Γ110% ；3、然后依次將硅料、摻雜元素原料、硅料置于坩堝中；4、抽真空，通入惰性氣體如Ν2、Ar,邊抽真空邊通入惰性氣體；5、加熱坩堝，使作為誘導(dǎo)籽晶I的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；6、定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，誘導(dǎo)籽晶I的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄錠單晶硅。實(shí)施例I、將尺寸為165X 165mm的〈100〉晶向的單晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，作為誘導(dǎo)籽晶，誘導(dǎo)籽晶厚20mm。拼接后的誘導(dǎo)籽晶間存在O. Γ5πιπι的縫隙，將厚度t為O. 18mm、長(zhǎng)寬為20X20mm的方形單晶硅片填滿在縫隙中，方形單晶硅片的邊緣晶向?yàn)椤?00〉，即填充入誘導(dǎo)籽晶縫隙后的單晶硅片向上的晶向?yàn)椤?00〉，與誘導(dǎo)籽晶的晶向一致。將210kg硅料置于誘導(dǎo)籽晶上面，摻入40mg的摻雜劑硼，在加上210kg硅料，實(shí)現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護(hù)氣體。設(shè)計(jì)熱場(chǎng)，使?fàn)t膛內(nèi)的硅料部分溫度達(dá)到1420°C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)〈100〉誘導(dǎo)籽晶與硅料接觸部分熔化10mm，與石英坩堝接觸的IOmm保持不熔化。最后，開啟保溫罩，使硅熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠〈100〉晶向的誘導(dǎo)籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到鑄錠單晶。相比由誘導(dǎo)籽晶縫隙中未填充單晶硅片所得的鑄錠單晶，本實(shí)施例得到的鑄錠單晶開方切片后的晶界密度降低60%，位錯(cuò)密度降低50%。實(shí)施例2將尺寸為330X 150mm的〈111〉晶向的誘導(dǎo)籽晶緊密鋪排在石英坩堝底部，誘導(dǎo)籽晶的厚度h為40mm。拼接后的誘導(dǎo)籽晶間存在O. Γδππιι的縫隙，將厚度t為O. 3mm、長(zhǎng)寬為20X 20mm的方形單晶硅片與厚度t為O. 15mm、長(zhǎng)寬為20X 20mm的方形單晶硅片混合填滿在縫隙中，方形單晶硅片的邊緣晶向?yàn)椤?11〉，即填充入誘導(dǎo)籽晶縫隙后的單晶硅片向上的晶向?yàn)椤?11〉，與誘導(dǎo)籽晶的晶向一致。將210kg硅料置于誘導(dǎo)籽晶上面，摻入40mg的摻雜劑硼，在加上210kg硅料，實(shí)現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護(hù)氣體。設(shè)計(jì)熱場(chǎng)，使?fàn)t膛內(nèi)的硅料部分溫度達(dá)到1420°C以上并逐漸熔化，使?fàn)t膛內(nèi)〈111〉晶向的誘導(dǎo)籽晶與硅料接觸部分熔化20mm，與石英坩堝接觸的20mm保持不熔化。最后，開啟保溫罩，使硅熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠〈111〉晶向誘導(dǎo)籽晶的誘導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)硅晶體的定向生長(zhǎng)，得到鑄錠單晶。
相比由誘導(dǎo)籽晶縫隙中未填充單晶硅片所得的鑄錠單晶，本實(shí)施例得到的鑄錠單晶開方切片后的晶界密度降低70%，位錯(cuò)密度降低60%。
權(quán)利要求
1.一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，其特征是具有如下步驟 a)將一定厚度的單晶硅塊緊密排列，作為誘導(dǎo)籽晶鋪滿坩堝底部； b)將邊緣晶向與誘導(dǎo)籽晶晶向相同的單晶硅片填充在誘導(dǎo)籽晶縫隙中，填充的單晶硅片的數(shù)量依誘導(dǎo)籽晶縫隙的寬度而定； c)然后依次將硅料、摻雜元素原料、硅料置于坩堝中； d)抽真空，通入惰性氣體； e)加熱坩堝，使作為誘導(dǎo)籽晶的單晶硅塊接觸于坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、硅料及摻雜元素原料均熔化； f)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，誘導(dǎo)籽晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄淀單晶娃。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，其特征是所述的填充的單晶硅片的寬度w是誘導(dǎo)籽晶厚度h的509^110%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，其特征是所述的誘導(dǎo)籽晶的厚度h為5 50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，其特征是所述的單晶硅片的厚度t為0. f2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低鑄錠硅單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟a)將一定厚度的單晶硅塊緊密排列，作為誘導(dǎo)籽晶鋪滿坩堝底部；b)將邊緣晶向與誘導(dǎo)籽晶晶向相同的單晶硅片填充在誘導(dǎo)籽晶縫隙中；c)然后依次將硅料、摻雜元素原料、硅料置于坩堝中；d)抽真空，通入惰性氣體，邊抽真空邊通入惰性氣體；e)加熱坩堝，熔化硅料；f)定向凝固時(shí)，使坩堝底部為冷端，誘導(dǎo)籽晶的未熔化部分誘導(dǎo)硅熔體的凝固生長(zhǎng)，得到具有特定晶向的鑄錠單晶硅。本發(fā)明的有益效果是通過單晶硅片填充誘導(dǎo)籽晶之間的縫隙，能使晶體缺陷降低50%以上，大大提高了鑄錠單晶硅的晶體質(zhì)量。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102703965SQ20121014180
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者付少永, 張馳, 熊震 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司