專利名稱：多晶硅錠制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅錠(silicon ingot)制造裝置，尤其涉及用于制造太陽能電池用多晶硅錠的裝置。
背景技術(shù)：
最近，隨著對太陽能電池的需求以每年百分之幾十左右的速度增加，太陽能電池用多晶硅錠的需求也是年年大幅增加。一般而言，太陽能電池用多晶硅錠是在石英或石墨坩堝中填充硅原料之后通過熔融及定向凝固過程進(jìn)行制造的。
圖1為現(xiàn)有的硅錠制造裝置的剖面圖。
由美國專利第6,136,091號所公知的現(xiàn)有硅錠制造裝置包含由在其內(nèi)部形成熱區(qū)(Hot zone)的工藝室構(gòu)成的主體140、盛放硅原料的石英或石墨坩堝170、用于支撐石英或石墨坩堝170的支撐單元(未圖示)、為了提供使硅原料熔融的輻射熱能而布置在坩堝170周圍的組裝型四角加熱器110、為了隔斷釋放到坩堝170周圍的熱量而布置在坩堝170及組裝型四角加熱器110周圍的隔熱部件190以及具有冷卻水流入管路150及冷卻水流出管路180的用于控制裝置溫度的冷卻罩160等。由此，在石英或石墨坩堝內(nèi)部涂敷坩堝保護(hù)層并填充硅原料之后，將坩堝和已完成的組裝型四角加熱器組裝到鑄造裝置上。
如此將坩堝和組裝型四角加熱器設(shè)置于鑄造裝置內(nèi)部之后，清除裝置內(nèi)的空氣而制造真空環(huán)境，接著再向真空狀態(tài)的裝置內(nèi)供應(yīng)氬氣使內(nèi)部壓力恢復(fù)常壓。將這一過程反復(fù)進(jìn)行三次以上。為了冷卻裝置壁面而供應(yīng)冷卻水，接著向組裝型四角加熱器供應(yīng)電源將坩堝內(nèi)部溫度加熱到1,450℃以上，然后將這種狀態(tài)維持2小時以上。當(dāng)填充到坩堝內(nèi)部的硅完全熔融時，對供應(yīng)到組裝型四角加熱器的電源進(jìn)行控制，使坩堝從下部開始向上部發(fā)生冷卻。
但是，只是通過控制供應(yīng)到加熱器的電源來進(jìn)行冷卻時，從坩堝下部開始的冷卻情況并不均衡，因此難以使晶體均勻地成長，并導(dǎo)致硅錠物理性質(zhì)的不均勻性。
日本專利第11092284號、第11116386號為了改進(jìn)溫度控制而在坩堝支撐臺中心部分設(shè)置移送軸使坩堝170能夠上下移動。但是，這種方案存在供應(yīng)到坩堝170上的熱量通過移送軸向外部擴(kuò)散而發(fā)生熱量損失的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而提出的，其目的在于提供一種利用冷卻板使坩堝中的熔融硅凝固，從而制造形成均勻晶粒的太陽能電池用多晶硅錠的裝置。
本發(fā)明所提供的多晶硅錠制造裝置包含用于使硅熔融的坩堝、用于調(diào)節(jié)所述坩堝高度的移送軸、用于加熱所述坩堝的加熱器以及位于所述坩堝下部而用于冷卻所述坩堝的冷卻板。


圖1為現(xiàn)有的多晶硅錠制造裝置的剖視圖；圖2為依據(jù)本發(fā)明所提供的多晶硅錠制造裝置的剖視圖；圖3至圖7為依據(jù)本發(fā)明所提供的硅錠制造裝置的工序圖。
主要符號說明210為工藝室，211為第一隔熱板，212為第二隔熱板，213為第三隔熱板，221為第一加熱器，222為第二加熱器，230為坩堝，240為支撐臺，251為第一移送軸，252為第二移送軸，260為冷卻板，270為熔融硅，280為移送夾具(jig)。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在此之前需要說明的是，本說明書及權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語或詞語不能限定解釋為通常的含義或辭典中的含義，而應(yīng)當(dāng)立足于為了以最佳方式說明其發(fā)明發(fā)明人可以對術(shù)語的概念進(jìn)行適當(dāng)定義的原則解釋為符合本發(fā)明技術(shù)思想的含義和概念。
隨之，本說明書所記載的實施例和附圖中表示的結(jié)構(gòu)只是本發(fā)明最佳實施例之一，并不能完全代表本發(fā)明的技術(shù)思想，因此應(yīng)該理解到對于本發(fā)明而言可能會存在能夠進(jìn)行替換的各種等同物和變形例。
圖2為依據(jù)本發(fā)明所提供的多晶硅錠制造裝置的剖視圖。
在O環(huán)(O-ring)型工藝室210內(nèi)設(shè)有用于熔解硅的坩堝230。工藝室210壁面內(nèi)部設(shè)有管，由冷卻水管路(未圖示)供應(yīng)的冷卻水在其中流動。而且，由于設(shè)有溫度傳感器，因此可以測定工藝室溫度。
根據(jù)本發(fā)明，用于形成工藝室210內(nèi)真空環(huán)境的泵可以使用增壓泵(booster Pump)及旋轉(zhuǎn)式泵(rotary pump)。而且，為了維持適當(dāng)?shù)恼婵斩龋褂贸跫夐y(roughing valve)和節(jié)流閥(throttle valve)。
坩堝230下部設(shè)有碳材料支撐臺240，為了加熱坩堝230在坩堝230周圍設(shè)有第一及第二加熱器(221、222)。加熱器與從工藝室外部連接過來的電源供應(yīng)裝置(未圖示)相連，由此根據(jù)所供應(yīng)的電源產(chǎn)生熱量。該熱量通過設(shè)在加熱器附近的多個溫度傳感器表示在控制部。支撐臺240下部設(shè)有用于上下移動坩堝230的第一移送軸251。第一移送軸251設(shè)在支撐臺240的四個角落。通常，當(dāng)移送軸設(shè)在支撐臺中心部分時，供應(yīng)到坩堝230的熱量通過移送軸擴(kuò)散到外部而發(fā)生熱量損失，但是當(dāng)移送軸251設(shè)在支撐臺角落部分時，可以將這種熱量損失最小化。設(shè)在坩堝230下部的第二加熱器222由可以進(jìn)行開閉的兩個加熱器構(gòu)成，該兩個加熱器在加熱坩堝230時被關(guān)閉，但是加熱結(jié)束之后在為了冷卻而根據(jù)第一移送軸251的動作將坩堝230向下移動之前通過水平運(yùn)動的移送夾具280向相鄰的工藝室壁面移動而被打開。
第二加熱器222下部設(shè)有由兩個隔熱板構(gòu)成的第二隔熱板212，該第二隔熱板212與第二加熱器222一樣可以通過水平運(yùn)動的移送夾具280進(jìn)行開閉。在坩堝230通過第一移送軸251向下移動之前，第二隔熱板212與第二加熱器222一樣水平移動而被打開。
第二隔熱板212下部設(shè)有冷卻板260，用來對被加熱的坩堝230進(jìn)行冷卻。使用冷卻板260可以加快冷卻速度而將冷卻效率最大化。最終可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)冷卻速度來使熔融硅凝固工藝最優(yōu)化。
本發(fā)明所提供的工藝室可以通過控制板自動控制工藝室內(nèi)部真空度、加熱器溫度、工藝室溫度、加熱時間以及各構(gòu)成要素。
圖3至圖7表示對熔融硅進(jìn)行冷卻的工藝。
首先，在工藝室210內(nèi)的坩堝230中裝入高純度硅原料，并對工藝室210進(jìn)行密閉。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，除了硅原料之外可以添加n型或p型雜質(zhì)而控制多晶硅的電學(xué)特性。
利用泵和閥在密閉的工藝室210內(nèi)部維持10-2至10-4torr范圍的真空度。接著起動第一及第二加熱器(221、222)加熱坩堝230。當(dāng)坩堝230被加熱時，裝入的硅逐漸開始熔融。當(dāng)完成熔融時，需要重新冷卻坩堝230使熔融硅270凝固。
如圖3所示，為了利用冷卻板260凝固熔融硅270，首先降低第一加熱器221溫度并切斷第二加熱器222電源。其次，起動第二移送軸252將第三隔熱板213向下移動，從而露出第二加熱器222和第二隔熱板212。隨著坩堝230熱量釋放到露出的部分，熔融硅270開始部分凝固。
此時，如圖4所示，起動移送夾具280使第二加熱器222和第二隔熱板212在第一隔熱板211和第三隔熱板213之間所形成的空間中水平移動而被打開。
依據(jù)本發(fā)明所提供的隔熱板211、212、213可以形成為多個層，由此調(diào)節(jié)坩堝冷卻速度。
接著，如圖5所示，在貼附于坩堝230下部的支撐臺240上接觸冷卻板260之后，移動第一移送軸251。
本發(fā)明所提供的冷卻板260可以采用在內(nèi)部流動流體制冷劑，例如冷卻水的水冷方式。利用冷卻板260促進(jìn)坩堝230下部冷卻時，熔融硅270從接觸冷卻板的坩堝下部開始凝固，并由下部向上部方向發(fā)生凝固。此時，通過調(diào)節(jié)移送軸(251、252)的上下移送速度、冷卻板260內(nèi)流動的制冷劑溫度、加熱器溫度等因素控制冷卻速度。坩堝230在通過冷卻板260進(jìn)行冷卻的同時下降而使冷卻效果最大化，并與第三隔熱板213接觸。如果通過冷卻板260使熔融硅270完成凝固，則將坩堝230重新移送到上部并加熱第一及第二加熱器(221、222)而在900℃至1200℃范圍內(nèi)追加進(jìn)行退火工藝。
本發(fā)明所提供的退火工藝有助于使多晶硅內(nèi)的各種缺陷最小化，這些缺陷是熔融硅270在通過凝固而進(jìn)行晶體成長的過程中因熱應(yīng)力等因素而發(fā)生的。
完成退火工藝之后，如圖7所示，在工藝室210內(nèi)注入吹掃氣體(PurgeGas)，當(dāng)工藝室210內(nèi)壓力達(dá)到常壓時打開工藝室210取出凝固的試料。
根據(jù)本發(fā)明實施例，如果為了形成多晶硅錠而利用硅晶種(seed)，則可以制造在晶體成長面方位上以111面為中心的多晶硅，從而可以制造以與111面法線夾角在30°以內(nèi)的面為中心的晶體占40％以上的多晶硅。
上述過程根據(jù)輸入到控制部的設(shè)定值自動進(jìn)行。
以上，以優(yōu)選實施例圖示并說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于上述實施例，在不脫離本發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的具有通常知識的人員可以進(jìn)行各種變形和修改。
本發(fā)明的多晶硅錠制造裝置利用冷卻板來凝固在坩堝中熔融的硅，從而可以制造缺陷少且形成均勻晶粒的太陽能電池用多晶硅錠，因此具有顯著而有益的效果。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅錠制造裝置，其特征在于包含用于使硅熔融的坩堝；用于調(diào)節(jié)所述坩堝高度的移送軸；用于加熱所述坩堝的加熱器；位于所述坩堝下部而用于冷卻所述坩堝的冷卻板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于所述移送軸設(shè)在貼附于所述坩堝下部的支撐臺的角落。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于所述加熱器設(shè)在所述坩堝周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于位于所述坩堝下部的加熱器形成為多個，并可以水平移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于在所述冷卻板內(nèi)部利用流體制冷劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于所述硅錠制造裝置設(shè)在可以通過泵形成真空環(huán)境的工藝室內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于在所述工藝室壁面內(nèi)部形成用于流動冷卻水的管路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于所述加熱器周圍包含用來防止熱量損失的多個隔熱板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多晶硅錠制造裝置，其特征在于位于所述坩堝下部的所述隔熱板形成為多個，并可以水平移動。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種利用冷卻板使坩堝中的熔融硅凝固，從而制造形成均勻晶粒的太陽能電池用多晶硅錠的裝置。本發(fā)明所提供的多晶硅錠制造裝置包含用于使硅熔融的坩堝、用于調(diào)節(jié)所述坩堝高度的移送軸、用于加熱所述坩堝的加熱器以及位于所述坩堝下部而用于冷卻所述坩堝的冷卻板。
文檔編號H01L31/028GK101089233SQ20071010912
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者趙榮相, 金榮操 申請人:趙榮相, 金榮操