專利名稱：一種提高鑄錠單晶硅收率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池領(lǐng)域 ，尤其是一種在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴散阻擋層，來阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴散，以此來提高鑄錠單晶硅收率的方法。
背景技術(shù)：
通過具有特定晶向的籽晶來誘導生長鑄錠單晶硅是近年來在光伏硅電池領(lǐng)域得到了大幅應用的一種技術(shù)，已申請的相關(guān)專利有(I)專利US2007/0169685(A1)中提到采用〈100〉單晶硅作為籽晶來誘導生長鑄錠單晶硅，認為該種工藝能明顯減少或消除缺陷密度，得到晶粒至少大于IOcm的晶錠。(2)專利CN201010284738. 7中發(fā)明者提出將中心開孔的石英片置于坩堝底部，石英片為梯形體結(jié)構(gòu)，可節(jié)省籽晶用量。生長出來的是〈100〉晶向單晶。(3)專利CN 201010299013. 5中發(fā)明者提出采用〈111〉單晶硅作為籽晶來誘導生成具有〈111〉晶向的鑄錠單晶娃，由于〈111〉是擇優(yōu)生長方向，因此能得到高比例的鑄錠單晶。在鑄錠單晶生長過程中，籽晶部分熔化，在剩余籽晶與已熔化硅液的固液界面上會發(fā)生誘導生長，所生長出的類單晶晶向與籽晶晶向一致。未熔化部分的籽晶經(jīng)歷了硅料升溫、熔化、長晶和退火四階段，熱歷史遠遠長于普通鑄錠多晶的底部硅晶體。實驗結(jié)果表明，鑄錠單晶硅的收率(百分比)低于普通鑄錠多晶硅51個百分點，大大增加了鑄錠單晶硅的生產(chǎn)成本。晶錠底部少子壽命低是造成鑄錠單晶收率低的主要原因。比如，按照少子壽命I微秒為截斷標準的話，鑄錠單晶的截斷量達到5(T60mm，遠高于普通鑄錠多晶的15 25mm。上述被截斷部分行業(yè)內(nèi)稱之為紅區(qū)，即少子壽命不符合要求的部分。經(jīng)分析，鑄錠單晶紅區(qū)較高的原因主要來自坩堝底部的雜質(zhì)擴散。鑄錠用石英坩堝的純度相對硅料要低得多，坩堝中的雜質(zhì)會擴散進入硅晶體，作為少子復合中心大大地降低少子壽命，雜質(zhì)擴散進入硅晶體的總量與溫度和擴散時間密切相關(guān)，溫度越高，時間越久，擴散進入的雜質(zhì)總量越大，形成的低少子壽命區(qū)域越多，晶錠收率越低。鑄錠單晶的剩余籽晶經(jīng)歷的熱歷史較長，因此被擴散進入的雜質(zhì)總量較大，往往會被作為低少子壽命區(qū)域而被截斷。因此,控制樹禍雜質(zhì)向桿晶內(nèi)的擴散，對提聞鑄淀單晶晶淀底部少子壽命、減少底部紅區(qū)的截斷長度、提高晶錠收率有著極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種能夠控制坩堝雜質(zhì)向籽晶內(nèi)的擴散，提高鑄錠單晶晶錠底部少子壽命，減少底部紅區(qū)的截斷長度，提高晶錠收率的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，包括以下步驟I)在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴散阻擋層，來阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴散；2)將厚度為5 50 mm的單晶硅塊緊密排列，作為籽晶鋪滿坩堝底部；
3)然后依次將娃料、摻雜元素原料置于坩堝中；4)抽取真空并通入惰性氣體N2或Ar，邊抽真空邊通入惰性氣體；5)加熱坩堝，使作為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并在原子尺度上彼此充分混合；6)定向凝固時，使坩堝底部為冷端，籽晶的未熔化部分誘導硅熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄淀單晶娃。具體的說，本發(fā)明所述步驟I)中的雜質(zhì)擴散阻擋層為氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有雜質(zhì)擴散阻擋功能的形式。所述的雜 質(zhì)擴散阻擋層采用薄膜或硅片，厚度為O. Of 5mm ;采用板材，厚度為5 20mm ;采用粉狀物，松裝厚度為O. 5^20mm ;采用架空，則架空的高度為f20mm。所述的架空是通過支撐物支撐籽晶來達到目的的。本發(fā)明所述的鑄錠單晶是指采用單晶籽晶誘導的方法，在定向凝固過程中所產(chǎn)生的單晶。所用的坩堝包括但不局限于常用的石英坩堝。本發(fā)明所述的單晶籽晶是指晶向為〈100〉、〈110〉、〈111〉、〈112〉或由上述晶向籽晶混合拼接而成的。本發(fā)明的有益效果是基于對坩堝底部雜質(zhì)向籽晶內(nèi)部擴散的阻擋，在籽晶底部設(shè)置阻擋層；相比未設(shè)置擴散阻擋層的鑄錠單晶，本發(fā)明所制備的鑄錠單晶晶錠底部的少子壽命得到了大幅度提高，按相同截斷標準，晶錠收率提高了 3個百分點以上(絕對差值)。
具體實施例方式實施例I將直徑為6_的氮化娃球密堆積在樹禍底部,鋪有一層,然后將尺寸為330X 150mm的〈111〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，籽晶硅塊厚40 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg硅料，實現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護氣體。設(shè)計熱場，使爐膛內(nèi)的硅料部分溫度達到1420°C以上并逐漸熔化，使爐膛內(nèi)〈111〉單晶硅與硅料接觸部分熔化20 mm，與石英坩堝接觸的20 mm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〉晶向籽晶的誘導而實現(xiàn)硅晶體的定向生長，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有氮化硅球的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截斷的話，本實施例的底部截斷量由原來的45 mm減少到30 mm，晶錠收率由61%提高到65%。實施例2將厚度為5mm、寬為10 mm、長為400 mm的石英條取I 6條,均勻鋪設(shè)在尺寸為800X800X480 mm的坩堝底部，然后把尺寸為400X400 mm的〈100〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英板上，籽晶硅塊厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg硅料，實現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護氣體。設(shè)計熱場，使爐膛內(nèi)的硅料部分溫度達到1420°C以上并逐漸熔化，使爐膛內(nèi)〈100〉單晶硅與硅料接觸部分熔化20_，與石英坩堝接觸的10 _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〉晶向籽晶的誘導而實現(xiàn)硅晶體的定向生長，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有石英條的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截斷的話，本實施例的底部截斷量由原來的40 mm減少到20 mm,晶錠收率由62%提高到66%。實施例3將粒徑為O. 05mm的高純硅粉鋪設(shè)在坩堝底部，硅粉的松裝厚度為3 mm,然后把尺寸為400X400 mm的〈110〉籽晶硅塊緊密鋪排在石英坩堝底部，籽晶硅塊厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅塊上面，摻入40 mg的摻雜劑硼，在加上210kg硅料，實現(xiàn)裝爐。將爐膛抽成真空，采用Ar做保護氣體。設(shè)計熱場，使爐膛內(nèi)的硅料部分溫度達到1420°C以上并逐漸熔化，使爐膛內(nèi)〈110〉單晶硅與硅料接觸部分熔化5 mm，與硅粉接觸的20 mm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〈110〉晶向籽晶的誘導而實現(xiàn)硅晶體的定向生長，得到鑄錠單晶。相比坩堝底部未放置有高純硅粉的鑄錠單晶，底部低少子壽命區(qū)均按照O. 6微秒截斷的話，本實施例的底部截斷量由原來的45 mm減少到25 mm,晶錠收率由61%提高到65. 5%。
以上說明書中描述的只是本發(fā)明的具體實施方式
，各種舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于包括以下步驟 1)在鑄錠坩堝底部設(shè)置雜質(zhì)擴散阻擋層，來阻擋雜質(zhì)向晶錠內(nèi)的擴散； 2)將厚度為5 50mm的單晶硅塊緊密排列，作為籽晶鋪滿坩堝底部； 3)然后依次將硅料、摻雜元素原料置于坩堝中； 4)抽取真空并通入惰性氣體N2或Ar，邊抽真空邊通入惰性氣體； 5)加熱坩堝，使作為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并在原子尺度上彼此充分混合； 6)定向凝固時，使坩堝底部為冷端，籽晶的未熔化部分誘導硅熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄淀單晶娃。
2.如權(quán)利要求I所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述步驟I)中的雜質(zhì)擴散阻擋層為氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有雜質(zhì)擴散阻擋功能的形式。
3.如權(quán)利要求2所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述的雜質(zhì)擴散阻擋層采用薄膜或硅片，厚度為0. Of 5mm ;采用板材，厚度為5 20mm ;采用粉狀物，松裝厚度為0. 5 20mm ;采用架空，則架空的高度為f20mm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，其特征在于所述的架空是通過支撐物支撐籽晶來達到目的的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高鑄錠單晶硅收率的方法，是通過控制坩堝底部雜質(zhì)向籽晶擴散來實現(xiàn)的。本發(fā)明基于對坩堝底部雜質(zhì)向籽晶內(nèi)部擴散的阻擋，在籽晶底部設(shè)置阻擋層；阻擋層包括粉狀、薄膜、塊體或空隙隔斷。相比未設(shè)置擴散阻擋層的鑄錠單晶，本發(fā)明所制備的鑄錠單晶晶錠底部的少子壽命得到了大幅度提高，按相同截斷標準，晶錠收率提高了3個百分點以上(絕對差值)。
文檔編號C30B11/00GK102732948SQ20121020529
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者付少永, 劉振淮, 張馳, 熊震, 陳雪, 黃強, 黃振飛 申請人:常州天合光能有限公司