專利名稱：一種生長大晶粒鑄造多晶硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大晶粒鑄造多晶硅。
背景技術(shù)：
高密度的晶界和位錯是影響鑄造多晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素之一。單晶 鑄錠是目前國際上生長大晶粒鑄造多晶硅較為前沿的技術(shù)，其途徑是在坩堝底部放置單晶 硅塊，熔體結(jié)晶時通過單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，這樣長出的鑄造多晶硅不但晶粒尺寸 大，而且位錯密度低。但單晶鑄錠技術(shù)并不能直接應(yīng)用于現(xiàn)目前主流鑄錠爐型，以GT的熱 交換爐型為例，加熱器分布坩堝四周，化料時坩堝底部溫度最高，如何控制單晶硅塊的部分 熔解是較為困難的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種生長大晶粒鑄造多晶硅的方法，解決了鑄錠時單晶硅塊作為籽 晶完全融化的問題，有利于硅熔體主要通過籽晶誘導(dǎo)生長，可在不改變目前生長工藝的條 件下生長大晶粒鑄造多晶硅。一種生長大晶粒鑄造多晶硅的方法，包括(1)將中心開孔的石英片鋪在坩堝底部；所述石英片為梯形體結(jié)構(gòu)，所述石英片 的兩平行底面中面積較小的底面與所述坩堝底部接觸；(2)先將單晶硅塊填入所述石英片的開孔位置，再依次放入多晶硅原料和摻雜元 素；(3)加熱使所述多晶硅原料和摻雜元素完全融化，而所述坩堝底部的單晶硅塊部 分融化；通常，所述融化過程是在氬氣等惰性氣體保護下進行，加熱溫度為硅熔點以上；(4)熱交換從所述坩堝底部開始，所述單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，硅熔體從底部 向上定向凝固形成大晶粒鑄造多晶硅。所述熱交換通過提升保溫罩或在所述坩堝底部通冷卻水或冷卻氣體進行。其中，所述石英片靠近坩堝側(cè)壁的部分的厚度為2-5cm，所述石英片在中心開孔邊 緣處的部分的厚度為l-2cm。優(yōu)選地，所述單晶硅塊的晶向為<100>，這樣生長得到的鑄造多晶硅中的晶粒的晶 向也為<100>，使得高效的異向堿腐蝕能夠應(yīng)用于織構(gòu)。優(yōu)選地，所述單晶硅塊的形狀可以為長方體，其長1-lOcm，寬為Ι-lOcm，高為 l-2cm，這樣的單晶硅塊不但易于準(zhǔn)備，而且耗材少。相應(yīng)地，所述石英片中心開孔的形狀優(yōu)選為長方體，其長為1-lOcm，寬為1-lOcm， 高為l_2cm。優(yōu)選地，所述摻雜元素為硼、鎵或磷。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的有益效果(1)通過將高純低熱導(dǎo)率的石英片鋪在坩堝底部，降低了鑄錠爐內(nèi)四周加熱器傳到坩堝底部中心的熱量，解決了單晶硅塊作為籽晶鑄錠時完全融化的問題。(2)采用梯形體結(jié)構(gòu)石英片，并且石英片的兩平行底面中面積較小的底面與所述 坩堝底部接觸，使得結(jié)晶時坩堝底部中心硅晶體的熱導(dǎo)率高于周圍石英片的熱導(dǎo)率，有利 于硅熔體主要通過籽晶誘導(dǎo)生長，與坩堝底部鋪滿籽晶的鑄造方法相比，大大減少了籽晶 的用量，降低了生產(chǎn)成本。(3)本發(fā)明獲得的鑄造多晶硅中的晶粒大多數(shù)具有相同的晶向，使得電池制備過 程中高效的堿制絨技術(shù)能夠被應(yīng)用，從而提高了電池對光的吸收效率。本發(fā)明操作過程簡單，可在不改變目前生長工藝的條件下生長大晶粒鑄造多晶娃。


圖1為本發(fā)明中石英片的俯視圖。圖2為本發(fā)明中石英片的中心剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明實施例1將如圖1和圖2所示的石英片2鋪在方形坩堝1底部，石英片2為梯形體結(jié)構(gòu)， 石英片2的兩平行底面中面積較小的底面與所述坩堝底部接觸，坩堝側(cè)壁附近石英片的厚 度為4cm，中心孔邊緣處石英片的厚度為2cm，中心孔的形狀為長方體，其長為10cm、寬為 10cm、高為 2cm0再將單晶硅塊填入石英片中心孔位置，然后將240kg的多晶硅原料置于坩堝，摻 入20mg的摻雜劑硼，裝爐。將爐室抽成真空，使用Ar氣作為保護氣。逐漸加熱到1420°C以 上使多晶硅原料和摻雜元素完全融化，而單晶硅塊部分融化。最后，在坩堝底部通入冷卻水 進行熱交換，硅熔體通過鋪在底部的未融化的單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，鑄造形成硼濃 度為6X 1015/cm3柱狀大晶粒，且大多數(shù)晶粒的晶向為<100>。本實施例得到的鑄造多晶硅片的晶粒尺寸都大于4cm2，少子壽命在4微秒以上，比 普通鑄造多晶硅片高1倍以上。實施例2將如圖1和圖2所示的石英片2鋪在方形坩堝1底部，石英片2為梯形體結(jié)構(gòu)， 石英片2的兩平行底面中面積較小的底面與所述坩堝底部接觸，坩堝側(cè)壁附近石英片的厚 度為5cm，中心孔邊緣處石英片的厚度為1cm，中心孔的形狀為長方體，其長為10cm、寬為 10cm、高為1cm。再將單晶硅塊填入石英片的中心開孔位置，然后將240kg的多晶硅原料置 于坩堝，摻入20mg的摻雜劑硼，裝爐。將爐室抽成真空，使用Ar氣作為保護氣。逐漸加熱到 1420°C以上使多晶硅原料和摻雜元素完全融化，而單晶硅塊部分融化。最后，提升保溫罩， 硅熔體通過鋪在底部的未融化的單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，鑄造形成硼濃度為6X IO15/ cm3柱狀大晶粒，且大多數(shù)晶粒的晶向為<100>。本實施例得到的鑄造多晶硅片的晶粒尺寸都大于4cm2，少子壽命在4微秒以上，比 普通鑄造多晶硅片高1倍以上。
以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用案例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變化或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種生長大晶粒鑄造多晶硅的方法，包括(1)將中心開孔的石英片鋪在坩堝底部；所述石英片為梯形體結(jié)構(gòu)，所述石英片的兩平行底面中面積較小的底面與所述坩堝底部接觸；(2)先將單晶硅塊填入所述石英片的開孔位置，再依次放入多晶硅原料和摻雜元素；(3)加熱使所述多晶硅原料和摻雜元素完全融化，而所述坩堝底部的單晶硅塊部分融化；(4)熱交換從所述坩堝底部開始，所述單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，硅熔體從底部向上定向凝固形成大晶粒鑄造多晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述石英片靠近坩堝側(cè)壁的部分的厚度為 2-5cm，所述石英片在中心開孔邊緣處的部分的厚度為l-2cm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述石英片中心開孔的形狀為長方體，其長 為 1-lOcm，寬為 1-lOcm，高為 l_2cm0
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單晶硅塊的晶向為<100>。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單晶硅塊的形狀為長方體，其長為 1-lOcm，寬為 1-lOcm，高為 l_2cm0
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述摻雜元素為硼、鎵或磷。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中的定向凝固時，所述熱交換 通過提升保溫罩或在所述坩堝底部通冷卻水或冷卻氣體進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生長大晶粒鑄造多晶硅的方法，包括將中心開孔的石英片鋪在坩堝底部；其中石英片為梯形體結(jié)構(gòu)，石英片的兩平行底面中面積較小的底面與所述坩堝底部接觸；先將單晶硅塊填入所述石英片的開孔位置，再依次放入多晶硅原料和摻雜元素；加熱使多晶硅原料和摻雜元素完全融化，而坩堝底部的單晶硅塊部分融化；熱交換從坩堝底部開始，單晶硅塊作為籽晶誘導(dǎo)生長，硅熔體從底部向上定向凝固形成大晶粒鑄造多晶硅。本發(fā)明解決了鑄錠時單晶硅塊作為籽晶完全融化的問題，有利于硅熔體主要通過籽晶誘導(dǎo)生長；大大減少了籽晶的用量，降低了生產(chǎn)成本；同時，操作過程簡單，可在不改變目前生長工藝的條件下生長大晶粒鑄造多晶硅。
文檔編號C30B28/06GK101935867SQ201010284738
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者余學(xué)功, 楊德仁, 肖承全 申請人:浙江大學(xué)