專利名稱：一種多晶硅片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)太陽能電池的多晶硅片的制造方法。
背景技術(shù)：
目前的太陽能電池大多數(shù)是用晶體硅片制造，晶體硅片分為單晶硅片和多晶硅片，由于多晶硅片的成 本較低，現(xiàn)在的太陽能電池越來越多地使用多晶硅片。但是目前的多晶硅片的制造方法是對結(jié)晶成型后的 塊狀硅錠進行機械切割的方式來制造的，這種方法有兩個主要的缺點， 一個是這種切割方式的硅材料消耗 太大，會損失切割過程中產(chǎn)生的硅粉末，這種方法的硅材料的利用率一般只有百分之五十左右；另一個缺 點是切割法的硅片由于機械切割的技術(shù)限制不能割的很薄， 一般只能達到200微米左右，而實際的太陽能 電池所需要的硅片厚度只需要50微米左右，這樣厚的硅片會造成太陽能電池的硅材料的利用率很低。這 兩個缺點都會降低制造太陽能電池的硅材料的利用率，而用于制造太陽能電池的高純硅的成本非常高，硅 片是太陽能電池的最大成本的部分，因此低的硅材料的利用率是目前多晶硅片制造的太陽能電池價格居高 不下的主要原因，從而影響了太陽能電池的普及。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決制造多晶硅片過程中硅材料的消耗大和硅片較厚的問題，從而達到降低制造多晶硅太陽能電 池成本的目的，本發(fā)明提供一種制造多晶硅片的方法，可以降低制造多晶硅片過程中硅材料的消耗，并且 可以減薄硅片的厚度。
本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，是通過下述的技術(shù)方案。
本發(fā)明是一種使熔融狀態(tài)的硅直接結(jié)晶成薄片硅的方法，其具體是通過以下的方法來實現(xiàn)將熔融狀 態(tài)的硅熔體浸潤到一個耐高溫面上，這個耐高溫面可以是平面，也可以是曲面，是用陶瓷、石墨或金屬材 料制成，在這個耐高面上設(shè)有溫度控制裝置，可以使這個耐高溫面處于設(shè)定的溫度，將這個耐高溫面的溫 度控制在硅的熔點1415攝氏度以下，由于這個耐高溫面的溫度低于硅的熔點，浸潤在這個耐高溫面上的 硅原子就會在這個面上開始結(jié)晶，結(jié)晶的硅原子與未結(jié)晶的硅熔體界面就是結(jié)晶面，由于這個耐高溫面和 硅熔體有溫度差，在結(jié)晶面上會形成一個溫度梯度，溫度梯度方向基本垂直于結(jié)晶面，可以生長出適于太 陽能電池的柱狀結(jié)晶多晶硅片，這對制造出高性能太陽能電池用硅片至關(guān)重要。硅片的結(jié)晶厚度，是由結(jié) 晶的時間和結(jié)晶的速度來控制的，結(jié)晶的速度主要取決于結(jié)晶面的溫度梯度，在給定的耐高溫面和硅熔體 的溫度差，結(jié)晶速度基本不變，硅片的結(jié)晶厚度完全取決于結(jié)晶的時間，適當?shù)乜刂平Y(jié)晶時間就可以得到 指定厚度的硅片，硅片得厚度范圍可以在IO微米到300微米之間。當硅片結(jié)晶到指定的厚度時，未結(jié)晶 的硅熔體仍然浸潤在結(jié)晶面上，如果沒有外力將硅熔體從結(jié)晶面上分離，它將會吸附在硅片表面，影響硅 片的厚度和表面的平整度，這里的方案是在硅片分離硅熔體的時候，使硅片處于豎立或傾斜狀態(tài)，在硅熔 體自身重力的作用下，硅熔體的重力將會大于它與硅片表面的吸附力，從而使吸附的硅熔體從豎立或傾斜 的硅片表面流掉，實現(xiàn)吸附的硅熔體與硅片的分離，保證了硅片的厚度和表面平整度。
本發(fā)明主要有兩個優(yōu)點其中一個優(yōu)點是可以將多晶硅的原料幾乎全部利用制成硅片，沒有切割方法 的硅材料損失，另一個優(yōu)點是本發(fā)明可以將硅片制成很薄，可以低于200微米，這是切割方法無法做到的。 這兩個優(yōu)點都可以節(jié)省制造太陽能電池硅片的硅材料，從而降低太陽能電池的成本。
下面結(jié)合附圖和兩個優(yōu)選方案的實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖1是本發(fā)明的實施例1的示意圖，圖1中坩堝1,硅熔體2，結(jié)晶界面3，結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥4，結(jié)晶 旋轉(zhuǎn)輥軸5，硅片6，左側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥7，左側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥軸8，右側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥9，右側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥軸 10。
圖2是本發(fā)明的實施例2的示意圖，圖2中模具1，模板2,硅熔體進出口3，空氣進出口4，硅熔 體5， 模板底面6。
圖3是本發(fā)明時實施例2的模具與模板分離情況的示意圖，圖3中模具、'模板2，硅熔體進出口 3，空氣進出口4，硅片7。
實施例1:該實施例的示意圖如圖1所示，這個實施例主要由坩堝1、結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥4、左側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥 7和右側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥9等構(gòu)成，坩堝1由耐高溫的材料制成， 一般如陶瓷、石墨或高熔點金屬材料，柑堝 內(nèi)裝有多晶硅的原料，在坩堝的加熱器加熱下，將多晶硅原料熔化為硅熔體2，坩堝l上方設(shè)有結(jié)晶旋轉(zhuǎn) 輥4，結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥是由耐高溫材料制成， 一般如陶瓷、石墨或高熔點金屬材料，結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥的一半浸入硅 熔體。結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥的表面就是上述的耐高溫面，在結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥上設(shè)有溫度控制裝置，可以設(shè)定結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥 的表面溫度。將結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥表面的溫度控制在硅熔點1415攝氏度以下，由于這時結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥表面的溫度 低于硅的熔點，熔融的硅原子就會在結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥表面上結(jié)晶形成硅片，由于硅熔體溫度高于硅的熔點，結(jié) 晶旋轉(zhuǎn)輥表面和硅熔體之間有溫度差，就會在結(jié)晶界面3形成一個基本垂直與結(jié)晶面的溫度場梯度，這個 梯度可以有助于形成有利的柱狀硅晶體。在溫度場梯度不變的情況下，結(jié)晶的時間越長，結(jié)晶的硅片厚度 也就越厚，硅片的厚度就可以通過結(jié)晶的時間來控制，可以將其控制在IO微米到300微米的范圍。在結(jié) 晶的同時，結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥也在旋轉(zhuǎn)，可以將結(jié)晶完的硅片6從硅熔體中輸出，硅片離開硅熔體液面時，由于 原子間的作用力，硅片上會吸附硅熔體，如果沒有辦法除去附著的硅熔體，附著的硅熔體將很快凝固，影 響硅片的厚度和表面的平整度。為了解決這個問題，該實施例中的方法是通過結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥4的旋轉(zhuǎn)使結(jié)晶 完的硅片離開硅熔體液面，離開硅熔體液面的硅片表面正好由于旋轉(zhuǎn)處于豎立狀態(tài)，通過調(diào)整硅熔體液面 的高度也可以將其調(diào)整到傾斜狀態(tài)，在重力作用下，由于硅熔體的重量大于硅原子之間的吸附力，硅熔體 就無法附著在硅片上，從而保證了硅片的厚度和平整度。在結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥4上方設(shè)有兩個反向旋轉(zhuǎn)的輸出旋 轉(zhuǎn)輥，分別是左側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥7和右側(cè)輸出旋轉(zhuǎn)輥9，兩個輥并排夾住從結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥上輸出的硅片6，在 摩擦力的作用下將硅片6不斷地從結(jié)晶旋轉(zhuǎn)輥輸出，旋轉(zhuǎn)的速率與結(jié)晶速度相匹配，這樣就可以連續(xù)地制 造出指定厚度的多晶硅片。
實施例2:該實施例的側(cè)面截面示意圖如圖2所示，這個實施例主要由模具l、模板2、硅熔體進出口 3和空氣進出口4等構(gòu)成，上面的實施例1是一種連續(xù)制造硅片方式，本實施例是一片一片地非連續(xù)地制 造硅片的方式。模具1采用耐高溫材料制成， 一般是陶瓷、石墨材料或高熔點金屬，模具l是一個凹形容 器，凹形容器的底面是一個平面，在凹形容器的上下兩側(cè)分別有兩個通孔，它們分別是硅熔體進出口3和 空氣進出口 4。模板2是蓋在模具1上的，模具1的凹坑和模板2之間就形成了一個封閉的空間，模板2 也是采用高溫材料制成， 一般是陶瓷、石墨材料或高熔點金屬，模板底面6就是上述的耐高溫面。模具和 模板上分別都設(shè)有溫度控制裝置，分別可以控制模具和模板的溫度?？梢詫⒛＞叩臏囟瓤刂圃诠枞埸c攝氏 1415度以上，模板底面溫度也控制在硅熔點1415攝氏度左右，從硅熔體進出口 3將熔融的硅熔體注入到 由模具和模板構(gòu)成的封閉空間之中，直至將封閉空間完全注滿，空氣進出口4的作用是可以排出封閉空間 內(nèi)的空氣。這時硅熔體完全將封閉空間內(nèi)部分的模板底面6浸潤，此時將模板的溫度控制到低于硅的熔點， 注入的硅熔體就會在模板底面6上結(jié)晶，模具的溫度在硅熔點以上，模具和模板之間有個溫度差，就會在 結(jié)晶的界面形成一個基本垂直于結(jié)晶界面溫度場梯度，這個梯度可以有助于形成有利的柱狀硅晶體。在溫 度場梯度不變的情況下，結(jié)晶的厚度由結(jié)晶的時間決定，控制結(jié)晶的時間，可以將硅片的厚度控制在10 微米到300微米的范圍。當硅片結(jié)晶到指定的厚度，可以將封閉空間內(nèi)未結(jié)晶的硅熔體從硅熔體進出口 3 排出。由于模板和模具是豎立放置，也可以傾斜放置，在重力作用下，吸附的硅熔體會順著硅片表面流掉， 不會吸附在硅片上，從而保證了硅片的厚度和平整度。未結(jié)晶的硅熔體排出后，將模具和模板分離，如圖 3所示，就可以得到模板的底面上附著的結(jié)晶完的多晶硅片7。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅片的制造方法，其特征在于將熔融的硅熔體浸潤到一個耐高溫面上，可以設(shè)定這個耐高溫面的溫度，硅熔體會在這個耐高溫面上結(jié)晶成硅片，硅片厚度由結(jié)晶的時間來控制，利用硅熔體的重力將吸附在硅片上的硅熔體從硅片上分離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于將熔融的硅熔體浸潤到一個耐高溫面上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于可以設(shè)定這個耐高溫面的溫度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于硅熔體會在這個耐高溫面上結(jié)晶成硅片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于硅片厚度由結(jié)晶的時間來控制。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于利用硅熔體的重力將吸附在硅片上的 硅熔體從硅片上分離。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于耐高溫面可以是旋轉(zhuǎn)輥的表面。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于硅片離開硅熔體液面的時候，離開硅 熔體液面的硅片表面處于豎立或傾斜狀態(tài)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于模具1和模板2之間形成一個封閉的 空間，耐高溫面就是模板底面6。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多晶硅片的制造方法，其特征在于模板1和模具2是豎立或傾斜放
全文摘要
一種用于生產(chǎn)太陽能電池的多晶硅片的制造方法，是將熔融的硅熔體浸潤到一個耐高溫面，硅熔體在耐高溫面上結(jié)晶成多晶硅片，硅片的厚度由結(jié)晶的時間來控制。它是一種使熔融狀態(tài)的硅直接結(jié)晶成薄片硅的方法，因此可以提高硅材料的利用率，可以制造出200微米以下厚度的硅片，從而降低太陽能電池的成本。
文檔編號C30B29/00GK101368291SQ20071004494
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者科 陳 申請人:科 陳