一種多晶硅及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多晶硅及其制備方法，其特征在于包括以下步驟：在坩堝底部中心鋪設(shè)若干多晶硅籽晶，形成籽晶層；坩堝底部所述籽晶層與坩堝四周間鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層；在所述籽晶層和所述平鋪層上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于所述多晶籽晶和所述多晶硅片的熔點(diǎn)；控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在所述籽晶層和所述平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。采用這種方式，長(zhǎng)晶錯(cuò)位少，晶界適量，晶體制成的電池的轉(zhuǎn)換效率提高了0.4~0.9，且制備的硅錠為完全多晶硅，免去了后續(xù)的不同成分的剝離提高了硅料的利用率。
【專利說明】—種多晶硅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅及其制備方法，尤其涉及一種獲得完全是多晶硅的硅錠的多晶硅及其制備方法，屬于半導(dǎo)體制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅是太陽(yáng)能電池制造中普遍采用的半導(dǎo)體材料，而晶體硅的制備主要是采用目前通行的直拉法的單晶硅以及采用鑄錠技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅，由于單晶硅轉(zhuǎn)換效率高，但存在著生產(chǎn)周期長(zhǎng)的問題，因此，近年來高性價(jià)比的多晶硅擁有極大的市場(chǎng)潛力。在多晶硅生產(chǎn)中采用大量硅料投入到坩堝爐中長(zhǎng)晶，然目前在多晶硅的生產(chǎn)工藝方面，存在鑄錠生產(chǎn)過程中無法獲得高質(zhì)量的完全多晶硅料，多為芯部為完全單晶而硅錠四周則為不規(guī)則的多晶，且在單晶和多晶臨界處存在著兩者的共混區(qū)；或者為芯部是類單晶，硅錠四周為多晶。以上兩種形式的硅錠，都存在著，若要嚴(yán)格保證太陽(yáng)能電池的較高的性價(jià)比，就必須要對(duì)硅錠的成分進(jìn)行分離，從而獲得晶體長(zhǎng)晶垂直向上的單一的多晶硅片。
[0003]中國(guó)專利201210333308.9公開了一種晶體硅及其制備方法，包括以下步驟:在坩堝底部中心隨機(jī)鋪設(shè)單晶籽晶，形成籽晶層，底部其余部位鋪設(shè)形核源，形成形核源層；在籽晶層與形核源層上設(shè)置融融狀態(tài)的桂廖，控制坩堝底部溫度使得籽晶層和形核源層不被完全熔化；控制坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐步形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在單晶硅籽晶與形核源上結(jié)晶，獲得中心為類單晶，四周為多晶硅的硅錠。采用這種方法需要后期需要對(duì)硅錠進(jìn)行不同的成分的硅錠進(jìn)行分析和切割處理。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多晶硅及其制備方法，具有能夠獲得完全多晶硅的硅錠。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多晶硅的制備方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于包括以下步驟:
1)在坩堝底部中心鋪設(shè)若干多晶硅籽晶，形成籽晶層，所述若干多晶籽晶相互緊密排布；坩堝底部所述籽晶層與坩堝四周間鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層，所述多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料；
2)在所述籽晶層和所述平鋪層上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于所述多晶籽晶和所述多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的所述籽晶層和所述平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)所述籽晶層厚度的1/2~3/4 ；
3)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在所述籽晶層和所述平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
[0006]優(yōu)選的，所述籽晶層呈正方形排布于于坩堝底部中心，且坩堝底部截面為正方形；所述平鋪層采用相同尺寸的呈正方形的多晶硅片。[0007]優(yōu)選的，所述籽晶層和所述平鋪層相平齊，且所述籽晶層的厚度和所述平鋪層的厚度在20mnT50mm之間。
[0008]優(yōu)選的，所述若干多晶籽晶相互之間的間隙小于2mm。
[0009]一種多晶硅的制備方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于包括以下步驟:
1)在坩堝底部鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層，所述多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料；
2)在所述籽晶層和所述平鋪層上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于所述多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的所述平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)所述平鋪層厚度的1/4~1/2 ；
3)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在所述平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
[0010]優(yōu)選的，所述平鋪層采用相同尺寸規(guī)格的呈長(zhǎng)方形的多晶硅片。
[0011]優(yōu)選的，所述平鋪層的厚度在20mnT50mm之間。
[0012]一種多晶硅，采用上述的多晶硅的制備方法獲得。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過在坩堝底部鋪設(shè)多晶籽晶和多晶硅片或者第二種情況的只鋪設(shè)多晶硅片，熔化 過程中，籽晶層和平鋪成或者第二種情況的只有平鋪層的表面部分熔化形成硅液，多晶硅在未熔化的底料上長(zhǎng)晶，長(zhǎng)晶方向?yàn)榇怪庇谯釄宓撞肯蛏系姆较?。由于坩堝底部四周采用多晶硅片邊角料滿鋪，從而多晶硅片與多晶硅片間以及多晶硅片與坩堝四周間沒有間隙，從而在微觀方面減小細(xì)微的變化的導(dǎo)致晶體長(zhǎng)晶方向的改變。另外也方便下一爐多晶硅錠的加工，不存在熔化狀態(tài)下的硅料長(zhǎng)晶過程中順著間隙延伸到坩堝鍋底的情況。采用這種方式，長(zhǎng)晶錯(cuò)位少，晶界適量，實(shí)驗(yàn)表明，相較于傳統(tǒng)加工多晶硅的方法，晶體制成的電池的轉(zhuǎn)換效率提高了 0.4^0.9，且制備的硅錠為完全多晶硅，免去了后續(xù)的不同成分的剝離，同時(shí)避免了以往由于存在多種成分緩沖期的共混，提高了硅料的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0015]圖1是本發(fā)明一種多晶硅及其制備方法中第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種多晶硅及其制備方法的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種多晶硅及其制備方法制備獲得的多晶硅錠長(zhǎng)晶方向示意圖。
[0018]圖中:1_籽晶層、2-平鋪層、3-坩堝。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一:
本發(fā)明的多晶硅制備采用的方法，包括以下步驟:
I)在坩堝3底部中心鋪設(shè)若干多晶硅籽晶，形成籽晶層1，若干多晶籽晶相互緊密排布，若干多晶籽晶相互之間的間隙小于2_。坩堝3底部籽晶層與坩堝四周間鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層2，該多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料。其中，籽晶層I呈正方形排布于于坩堝底部中心，且坩堝底部截面為正方形；平鋪層2采用相同尺寸的呈正方形的多晶硅片。鋪設(shè)時(shí)保證籽晶層I和平鋪層2相平齊，且籽晶層的厚度和平鋪層的厚度在20mnT50mm之間。
[0020]2)在籽晶層I和平鋪層2上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于多晶籽晶和所述多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的籽晶層和平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)籽晶層厚度的1/2~3/4 ;其中，硅料為固體硅料，加熱初期保證坩堝中上部的溫度加熱到1560攝氏度從而使得固體硅料熔化，為使得坩堝底部的籽晶層和平鋪層不至于完全熔化，控制坩堝底部的溫度在1300攝氏度到1500攝氏度之間，從而確保籽晶層和平鋪層部分熔化后的厚度在原先未熔化前厚度的1/2~3/4。
[0021]3)控制坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝3底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在籽晶層I和平鋪層2上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
[0022]實(shí)施例二:
本發(fā)明的多晶硅制備采用的方法，包括以下步驟:
1)在坩堝3底部鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層2，多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料。其中，平鋪層2采用相同尺寸規(guī)格的呈長(zhǎng)方形的多晶硅片，平鋪層的厚度在20mm^50mm 之間。
[0023]2)在平鋪層2上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝3底部的加熱溫度低于多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的所述平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)平鋪層2厚度的1/4-1/2 ;其中，硅料為固體硅料，加熱初期保證坩堝中上部的溫度加熱到1560攝氏度從而使得固體硅料熔化，為使得坩堝底部的平鋪層不至于完全熔化，控制坩堝底部的溫度在1300攝氏度到1500攝氏度之間，從而確保平鋪層部分熔化后的厚度在原先未熔化前厚度的 1/4~1/2。
[0024]3)控制坩堝3內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝3底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
[0025]以上對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明創(chuàng)造申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均歸屬于本發(fā)明創(chuàng)造的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在坩堝底部中心鋪設(shè)若干多晶硅籽晶，形成籽晶層，所述若干多晶籽晶相互緊密排布；坩堝底部所述籽晶層與坩堝四周間鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層，所述多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料； 2)在所述籽晶層和所述平鋪層上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于所述多晶籽晶和所述多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的所述籽晶層和所述平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)所述籽晶層厚度的1/2~3/4 ； 3)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在所述籽晶層和所述平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅的制備方法，其特征在于:所述籽晶層呈正方形排布于于坩堝底部中心，且坩堝底部截面為正方形；所述平鋪層采用相同尺寸的呈正方形的多晶娃片。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多晶硅的制備方法，其特征在于:所述籽晶層和所述平鋪層相平齊，且所述籽晶層的厚度和所述平鋪層的厚度在20mnT50mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅的制備方法，其特征在于:所述若干多晶籽晶相互之間的間隙小于2mm。
5.一種多晶硅的制備 方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在坩堝底部鋪設(shè)有若干并排設(shè)置多晶硅片，形成平鋪層，所述多晶硅片為已經(jīng)預(yù)制多晶硅錠邊角料； 2)在所述籽晶層和所述平鋪層上設(shè)置有處于熔融狀態(tài)的硅料，保證坩堝底部的加熱溫度低于所述多晶硅片的熔點(diǎn)，使得硅料溶化后的所述平鋪層的厚度等于預(yù)先鋪設(shè)所述平鋪層厚度的1/1~1/2 ； 3)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于坩堝底部所在平面的方向向上逐漸形成溫度梯度，使得熔化后的硅料在所述平鋪層上形成結(jié)晶，獲得成分為多晶硅的多晶硅錠。
6.如權(quán)利要求5所述的一種多晶硅的制備方法，其特征在于:所述平鋪層采用相同尺寸呈長(zhǎng)方形的多晶硅片。
7.如權(quán)利要求6所述的一種多晶硅的制備方法，其特征在于:所述平鋪層的厚度在20mm^50mm 之間。
8.一種多晶硅，其特征在于:所述多晶硅采用權(quán)利要求1或權(quán)利要求5其中任何一項(xiàng)多晶娃的制備方法獲得。
【文檔編號(hào)】C30B28/06GK103924294SQ201410176338
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】李俊軍, 章勇, 黃濤明 申請(qǐng)人:南通綜藝新材料有限公司