專利名稱：：制造單晶鑄硅的方法和裝置以及用于光電領(lǐng)域的單晶鑄硅實(shí)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及光電領(lǐng)域，并涉及光電應(yīng)用的鑄硅的制造方法及裝置。本發(fā)明還涉及新形式的鑄硅，其可用于制造諸如光電池以及其它半導(dǎo)體器件的器件。該新型硅可以具有單晶結(jié)構(gòu)并可以通過(guò)鑄造方法制造。
背景技術(shù)：
：光電池將光轉(zhuǎn)換成電流。光電池最重要的標(biāo)準(zhǔn)之--就是其將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率。雖然可以由多種半導(dǎo)體材料制作光電池，但硅是普遍使用的，因?yàn)樗子讷@得，成本合理，而且也因?yàn)樗谥谱鞴怆姵氐碾姎?、物理及化學(xué)性質(zhì)方面具有適當(dāng)?shù)钠胶狻Ｔ谥圃旃怆姵氐囊阎襟E中，使硅原料與導(dǎo)致正或負(fù)導(dǎo)電類(lèi)型的材料(或摻雜劑)混合、熔融并然后結(jié)晶，所述結(jié)晶是這樣的，通過(guò)從單晶(monocrystalline)硅錠中的熔融區(qū)拉出結(jié)晶的硅(通過(guò)直拉(CZ)或區(qū)熔(FZ)法)，或者鑄造成多晶(multi-crystalline)硅或多結(jié)晶(polycrystalline)硅的塊或"磚(bricks)"，這取決于單個(gè)硅晶粒的晶粒尺寸。在上述步驟中，通過(guò)已知的片切或鋸切法將錠或塊切成薄的基材，也稱晶片。然后這些晶片可以被加工成光電池。-般通過(guò)CZ或FZ法生產(chǎn)用于光電池制造的單晶硅，兩種方法的處理中均產(chǎn)生晶體硅的圓柱形晶棒(boule)。對(duì)于CZ方法，所述晶棒從熔融硅池中緩慢拉出。對(duì)于FZ法，固體材料進(jìn)料通過(guò)熔融區(qū)并在熔融區(qū)的另一側(cè)重新固化。按這些方式制造的單晶硅晶棒包含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，例如氧致堆垛層錯(cuò)(OSF)環(huán)和間隙的"漩渦"缺陷或空位簇。即使存在著這些雜質(zhì)和缺陷，單晶硅一般仍為生產(chǎn)光電池的優(yōu)選硅源，因?yàn)樗梢杂脕?lái)生產(chǎn)高效率的太陽(yáng)能電池。然而，采用諸如上文所述的那些已知技術(shù)生產(chǎn)單晶硅比生產(chǎn)常規(guī)的多晶硅成本問(wèn)O-般是通過(guò)鑄造法生產(chǎn)用于光電池制造的常規(guī)多晶硅。用于制備常規(guī)多晶硅的鑄造法在光電
技術(shù)領(lǐng)域：
中是已知的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在這種方法中，熔融硅容納在諸如石英坩堝的坩堝中，并通過(guò)控制的方式冷卻，從而容許容納在其中的硅結(jié)晶。通常將得到的多晶硅塊切成截面與用來(lái)制造光電池的晶片尺寸相同或接近的磚，用鋸切或其它方式將磚切成這種晶片。以這種方式生產(chǎn)的多晶硅為晶粒的團(tuán)聚，在由此制成的晶片之內(nèi)，晶粒彼此間的取向?qū)嶋H上是隨機(jī)的。常規(guī)的多晶或多結(jié)晶硅中的晶粒的隨機(jī)取向使得難以對(duì)所得至IJ的晶片表面進(jìn)行紋飾(texture)。紋飾是用于通過(guò)減少光反射和提高透過(guò)電池表面光能的吸收來(lái)提高光電池的效率。此外，在常規(guī)的多晶硅晶粒之間的邊界上形成的"扭折(kinks)"傾向于以簇或位錯(cuò)線形式成為結(jié)構(gòu)缺陷的核。據(jù)信，是這些位錯(cuò)和它們傾向于吸引的雜質(zhì)引起了由常規(guī)的多晶硅制成的運(yùn)行的光電池中的電荷載流子的快速?gòu)?fù)合。這可以造成電池效率的降低。即使考慮到由已知的技術(shù)生產(chǎn)的單晶硅中存在著徑向分布的缺陷，與同樣的由單晶硅制成的光電池相比，由這種多晶硅制成的光電池一般仍具有較低的效率。然而，由于制造常規(guī)的多晶硅相對(duì)簡(jiǎn)單且成本較低，以及電池加工中有效的缺陷鈍化，因而多晶硅是用于制造光電池的硅的更廣泛使用的形式。以前的一些鑄造技術(shù)涉及將"冷壁"坩堝用于晶體生長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)"冷壁"指的是這樣的情況，即，存在于坩堝壁上或坩堝壁中的感應(yīng)線圈是水冷式的，并且也可以開(kāi)槽(slotted)，因而通常會(huì)保持在100。C以下。柑堝壁可以位于緊密靠近線圈和原料之間。坩堝壁的材料并非特別熱絕緣的，因此可以與冷卻線圈保持熱平衡。因此硅的加熱不以來(lái)自坩堝壁的輻射為基礎(chǔ)，因?yàn)檑釄逯泄璧母袘?yīng)加熱意味著硅被在其中流動(dòng)的感應(yīng)電流直接加熱。這樣一來(lái)，坩堝壁保持在硅的熔融溫度以下，相對(duì)于熔融硅來(lái)說(shuō)被視為是"冷"的。在感應(yīng)加熱的熔融硅的固化期間，這些坩堝的冷壁起到散熱器的作用。向冷壁的散熱決定了錠的快速冷卻。因此，初始固化的前沿迅速變得相當(dāng)彎曲，在錠的側(cè)部出現(xiàn)晶體成核現(xiàn)象，并沿對(duì)角向著錠的中心生長(zhǎng)，千擾了任何保持垂直和幾何規(guī)整的引晶過(guò)程(seedingprocess)或基本上平的固化前沿的企圖。鑒于上述情況，需要一種可以用來(lái)制造光電池的改進(jìn)形式的硅。還需要與迄今用于生產(chǎn)單晶硅的方法相比更快、成本更低的制造硅的方法。本發(fā)明就提供這種硅以及這種方法。發(fā)明概述本文中的術(shù)語(yǔ)"單晶硅"是指單個(gè)的晶體硅的實(shí)體(body)，具有-個(gè)全部一致的晶體取向。此外，常規(guī)的多晶硅是指有多重隨機(jī)取向的晶體位于硅的實(shí)體內(nèi)的、具有厘米尺度的晶粒尺寸分布的晶體硅。此外，本文中的術(shù)語(yǔ)"多結(jié)晶硅"是指微米量級(jí)晶粒尺寸的、并且有多重晶粒取向位于給定的硅實(shí)體內(nèi)的晶體硅。例如，晶粒通常具有平均約亞微米至亞毫米的尺寸(例如，單獨(dú)的晶粒不能被肉眼所見(jiàn))，且晶粒取向完全隨機(jī)分布。還進(jìn)一步的是，本文中的術(shù)語(yǔ)"近單晶硅"是指這樣的晶體硅實(shí)體，其在遍及超過(guò)50%體積的實(shí)體上具有一致的晶體取向，例如，這種近單晶硅可以包含與多晶區(qū)鄰接的單個(gè)晶體硅的實(shí)體，或者它可以包含較大的連續(xù)--致的硅晶體，該硅晶體在部分或整個(gè)含有其它晶體取向的較小的硅晶體，其中較小的晶體不超過(guò)總體積的50%。近單晶硅優(yōu)選可以含有不超過(guò)總體積的25%的較小的晶體。近單晶硅更優(yōu)選可以含有不超過(guò)總體積的10%的較小的晶體。近單晶硅還更優(yōu)選可以含有不超過(guò)總體積的5%的較小的晶體。然而，本文中的術(shù)語(yǔ)"幾何規(guī)則多晶硅"(以下簡(jiǎn)稱"幾何多晶硅")是指這樣的晶體硅，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，其具有幾何規(guī)則的厘米尺度的晶粒尺寸分布，有多種規(guī)則的晶體位于硅的實(shí)體內(nèi)。例如，在幾何多晶硅中，每個(gè)晶粒通常具有尺寸為約0.25ci^至約2,500cm2的平均截面面積，其中截面是在垂直于晶粒的高度或長(zhǎng)度的平面上，高度可以如硅的實(shí)體般大小，例如，高度可以與垂直于截面平面的硅實(shí)體尺寸一樣大，按預(yù)定的方向控制幾何多晶硅實(shí)體內(nèi)的晶粒取向。垂直于幾何多晶硅晶粒的高度或長(zhǎng)度的晶粒截面的形狀通常與形成它的籽晶或籽晶的一部分形狀相同。優(yōu)選的是，晶粒截面的形狀為多邊形。優(yōu)選的是，多邊形晶粒的角對(duì)應(yīng)于三個(gè)不同晶粒的接合處。雖然JL何多晶硅實(shí)體內(nèi)的每個(gè)晶粒優(yōu)選包含具有-一個(gè)在整個(gè)晶粒中連續(xù)一致的晶體取向的硅，但一個(gè)或多個(gè)晶粒也可以包含少量的不同取向的較小硅晶體。例如，每個(gè)這種晶粒都可以部分或整個(gè)包含其它晶體取向的較小的硅晶體，其中這種較小的晶體不超過(guò)晶?？傮w積的25%，優(yōu)選不超過(guò)晶?？傮w積的10%,更優(yōu)選不超過(guò)晶?？傮w積的5%，還更優(yōu)選不超過(guò)晶?？傮w積的1%，而還更優(yōu)選不超過(guò)晶粒總體積的0.1%。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案和廣泛描述，提供了一種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，所述界面至少在初期與所述至少一個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)?？梢钥紤]坩堝的一個(gè)壁是坩堝的底部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括在坩堝的至少一個(gè)表面上放置幾何排列的許多單晶硅籽晶，所述坩堝具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁，其中所述幾何排列包括緊密堆積的多邊形；放置與幾何排列的單晶硅籽晶接觸的熔融硅；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，所述界面與所述至少一個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括按預(yù)定的圖案在坩堝的至少兩個(gè)表面上布置許多單晶硅籽晶；放置與單晶硅籽晶接觸的熔融硅；以及通過(guò)從坩堝的所述至少兩個(gè)表面冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在冷卻期間控制熔融硅邊緣處的固-液界面，從而使該界面在增大熔融硅與坩堝的所述至少兩個(gè)表面之間距離的方向上移動(dòng)。還根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括在至少一個(gè)表面上放置與至少一個(gè)單晶硅籽晶接觸的硅原料；將所述硅原料和所述至少一個(gè)單晶硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制加熱，使所述至少一個(gè)單晶硅籽晶不完全熔融，所述控制包括在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘以下；以及一旦所述至少一個(gè)單晶硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻所述硅來(lái)形成單晶硅的固體實(shí)體。還根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括在坩堝的至少一個(gè)表面放置幾何排列的許多單晶硅籽晶，其中所述幾何排列包括緊密堆積的多邊形；在所述至少一個(gè)表面上放置與所述許多單晶硅籽晶接觸的硅原料；將所述硅原料和所述許多單晶硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制加熱，使得所述許多籽晶不完全熔融，所述控制包括在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘以下；以及一旦至少一個(gè)單晶硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻所述硅來(lái)形成單晶硅的固體實(shí)體。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，包括按預(yù)定的圖案在坩堝的至少兩個(gè)表面上布置許多單晶硅籽晶；在所述至少兩個(gè)表面上放置與所述許多單晶硅籽晶接觸的硅原料；將所述硅原料和所述許多單晶硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制加熱，使得所述許多單晶硅籽晶不完全熔融，所述控制包括在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘以下；以及一旦至少一個(gè)單晶硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻硅來(lái)形成單晶硅的固體實(shí)體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，包括.-在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶相接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁，所述至少一個(gè)硅籽晶布置成覆蓋所述容器表面的全部或基本上全部的區(qū)域；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的連續(xù)的單晶硅實(shí)體，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。還根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，還提供了一種連續(xù)的單晶硅實(shí)體，其具有約2xlO"原子/ci^至約5xlO"原子/ci^的碳濃度、不超過(guò)5xlO"原子/cm3的氧濃度、至少lxlO"原子/cm3的氮濃度，且具有各自為約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，還提供了一種連續(xù)的鑄造單晶硅實(shí)體，其具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的連續(xù)單晶硅實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括由連續(xù)的鑄造單晶硅的實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括由連續(xù)鑄造單晶硅的實(shí)體形成的連續(xù)單晶硅晶片，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，并且所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了-一種晶片，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的連續(xù)單晶硅實(shí)體形成的硅，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種晶片，其包括由連續(xù)的鑄造單晶硅的實(shí)體形成的硅，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，并且所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁；并通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成近單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，所述界面至少在初期與所述至少一個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁，所述至少一個(gè)硅籽晶布置成覆蓋該容器表面的全部或基本上全部的區(qū)域；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成近單晶硅的固體實(shí)體，所述實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的近單晶硅實(shí)體，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種近單晶硅實(shí)體，其具有約2xl0"原子/cm、至約5xlO"原子/cii^的碳濃度、不超過(guò)5><1017原子/cm3的氧濃度、至少lx1015原子/cm3的氮濃度，且具有各自為約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種鑄造近單晶硅的實(shí)體，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的近單晶硅實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括由鑄造近單晶硅的實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種晶片，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的近單晶硅實(shí)體形成的硅，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種晶片，其包括由鑄造近單晶硅的實(shí)體形成的硅，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，且所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。還根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括從基本不含徑向分布缺陷的連續(xù)單晶硅實(shí)體上切下的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的背面電場(chǎng)；一個(gè)或多個(gè)任選的鈍化層；以及晶片的至少一個(gè)表面上的許多導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括從基本不含徑向分布缺陷的連續(xù)的鑄造單晶硅的實(shí)體上切下的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸；晶片中的p-n結(jié)；任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的背面電場(chǎng)；一個(gè)或多個(gè)任選的鈍化層；以及晶片的至少一個(gè)表面上的許多導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，還提供了一種太陽(yáng)能電池，其包括從連續(xù)的單晶硅實(shí)體上切下且基本不含徑向分布缺陷的連續(xù)的單晶硅晶片，所述晶片具有至少約40mm的至少一個(gè)尺寸，且所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片中的p-n結(jié)；以及任選的晶片表面上的抗反射涂層；任選的背面電場(chǎng)；--個(gè)或多個(gè)任選的鈍化層；以及晶片的至少一個(gè)表面上的許多導(dǎo)電觸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明制備的近單晶硅可以包含至多5體積％的其它晶體取向的較小的硅晶體。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明制備的近單晶硅可以包含至多1體積％的其它晶體取向的較小的硅晶體。還更優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明制備的近單晶硅可以包含至多0.1體積％的其它晶體取向的較小的硅晶體。本發(fā)明附加的特征及優(yōu)點(diǎn)將在下面的說(shuō)明中給出，這在本說(shuō)明書(shū)中是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案知曉。由在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求以及附圖中特別指出的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)以及制造方法和裝置可以實(shí)現(xiàn)和達(dá)成本發(fā)明的特征及其它優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該理解的是，無(wú)論是前面的一般描述還是后面的詳細(xì)描述都是示意和例示性的，旨在對(duì)權(quán)利要求所述的本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。本發(fā)明還包括通過(guò)在本文中描述的和根據(jù)權(quán)利要求的方法制備的硅以及由這種硅制成的晶片和太陽(yáng)能電池。作為本說(shuō)明書(shū)的一部分而引入的附圖與本說(shuō)明書(shū)一起闡述了本發(fā)明的實(shí)施方案，以及用于解釋本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)及原理。在圖中圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在坩堝底表面上硅籽晶的示例性排列；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在坩堝的底和側(cè)表面上硅籽晶的另一示例性排列；圖3A-3C所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在坩堝中鋪展(tiling)鑄造幾何規(guī)則多晶硅的例子；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在坩堝中鋪展鑄造幾何規(guī)則多晶硅的另一個(gè)例子；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的六邊形籽晶鋪展的緊密堆積排列的例子；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的具有菱形或三角形間隙的多邊形形狀的示例性排列；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示例性方法；以及圖8A-8G和9所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的單晶或幾何規(guī)則多晶硅的典型鑄造過(guò)程。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的實(shí)施方案，附圖中所示的實(shí)施例。在可能的情況下，在全部的圖中用相同或類(lèi)似的附注標(biāo)號(hào)指代相同或類(lèi)似的部件。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中，通過(guò)釆用一個(gè)或多個(gè)籽晶的鑄造過(guò)程進(jìn)行熔融硅的結(jié)晶。如本文所披露的那樣，可以實(shí)施這種鑄造方法，使得能控制結(jié)晶的硅的鑄造實(shí)體中的晶粒尺寸、形狀和取向。本文中的術(shù)語(yǔ)"鑄造"表示通過(guò)在用于容納熔融硅的模具或容器中冷卻熔融硅來(lái)形成硅。由于像熔融硅這樣的液體將呈現(xiàn)出盛放它的容器的形狀，因此這里還可以考慮的是，也可以采用任何裝置而不只是模具或容器來(lái)承納熔融硅的同時(shí)，對(duì)熔融硅實(shí)施冷卻。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)在坩堝中固化來(lái)形成硅，其中固化是從坩堝的至少一個(gè)壁上引發(fā)的，而不是通過(guò)將冷的外部物體引入到熔體中。坩堝可以具有任意適當(dāng)?shù)男螤睿绫?、圓筒或盒。因此，根據(jù)本發(fā)明的熔融硅結(jié)晶過(guò)程不是通過(guò)"拉"晶棒或晶帶來(lái)控制。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，模具、容器或坩堝包括與熔融硅相接觸的至少一個(gè)"熱側(cè)壁"表面。本文中的術(shù)語(yǔ)"熱側(cè)壁"是指與跟它所接觸的熔融硅等溫或更熱的表面。優(yōu)選的是，熱側(cè)壁表面在硅的加工過(guò)程中保持固定。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，結(jié)晶的硅可以是連續(xù)的單晶、近單晶硅或具有被控制的晶粒取向的連續(xù)的幾何多晶。本文中的術(shù)語(yǔ)"連續(xù)的單晶硅"指的是單個(gè)的晶體硅，硅實(shí)體為一個(gè)單晶硅的均勻?qū)嶓w，不是由較小的硅片結(jié)合到一起形成的較大硅片。此外，本文中的術(shù)語(yǔ)"連續(xù)的幾何多晶硅"指的是這樣的幾何多晶硅，硅實(shí)體為一個(gè)幾何多晶硅的均勻?qū)嶓w，不是由較小的硅片結(jié)合到一起形成的較大硅片。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以通過(guò)例如在諸如能盛放熔融硅的石英坩堝的容器的底部布置所需的晶體硅"籽晶"集合體來(lái)完成結(jié)晶。本文中的術(shù)語(yǔ)"籽晶"指的是具有理想的晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)選幾何形狀的硅片，優(yōu)選其中至少一個(gè)截面具有優(yōu)選為多邊形的兒何形狀，且優(yōu)選具有與可以放置它的容器的表面一致的一個(gè)側(cè)面。這種籽晶可以是單晶硅片或幾何規(guī)則多晶硅片，例如從單晶硅錠上切下或以其它方式獲得的平板(Slab)或水平段。根據(jù)本發(fā)明，籽晶可具有與其底表面平行的頂表面，雖然并不必定如此。例如，籽晶可以為斷面尺寸在約2mm至約3000mm變化的硅片。例如，籽晶斷面可以為約10mm至約300mm。硅片的厚度可以為約1mm至約1000mm,優(yōu)選為約5mm至約50mm?？梢愿鶕?jù)方便性和鋪展選取籽晶的合適尺寸及形狀。下面將要更詳細(xì)描述的鋪展是將硅籽晶按預(yù)定的幾何取向或圖案布置在例如坩堝的底部或者一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁和底表面上。優(yōu)選的是，籽晶覆蓋其位置旁邊的整個(gè)坩堝表面，這樣當(dāng)使引晶的晶體生長(zhǎng)固化前沿離開(kāi)籽晶移動(dòng)時(shí)，坩堝截面上的全部尺寸可以保持為一致的幾何晶體。然后在籽晶的存在下使熔融硅冷卻并結(jié)晶，優(yōu)選按這樣的方式進(jìn)行熔融硅的冷卻，使得熔融硅的結(jié)晶在固體籽晶初始頂部的水平面或該水平面以下開(kāi)始，并遠(yuǎn)離籽晶，優(yōu)選向上遠(yuǎn)離籽晶進(jìn)行。熔融硅邊緣處的固-液界面優(yōu)選最初與處于鑄造中的容器的冷卻表面(例如坩堝的表面)一致。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，熔融硅與結(jié)晶的硅之間的液-固界面在部分(例如在固化進(jìn)程的起始部分)或全部的鑄造過(guò)程中可以保持基本為平的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在冷卻期間控制熔融硅的每個(gè)邊緣處的固-液界面，從而使之在增大熔融硅與坩堝的冷卻表面之間距離的方向上移動(dòng)，同時(shí)優(yōu)選保持基本為平的固-液界面。因此，根據(jù)本發(fā)明的是，固化前沿可以平行于容器的冷卻表面的形狀。例如，用平底柑堝，固化前沿可以保持基本上平的，固-液界面具有被控制的外形。可以控制固-液界面，從而使得當(dāng)其從邊緣向中心移動(dòng)時(shí)其曲率半徑減小?；蛘?，可以控制固-液界面，從而保持平均曲率半徑至少為容器寬度的一半。此外，可以控制固-液界面，從而保持平均曲率半徑至少為容器寬度的兩倍。固體可以具有稍微凸起的界面，曲率半徑至少為容器寬度的約四倍。例如，在0.7m見(jiàn)方坩堝中固-液界面可以具有通常大于2m的曲率半徑，超過(guò)了坩堝水平尺寸的兩倍，優(yōu)選為坩堝水平尺寸的約8倍至約16倍。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約20cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約20cm)和至少約10cm的第三尺寸。優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約30cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約30cm)和至少約10cm的第二尺寸。更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約35cm)和至少約10cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約40cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約40cm)和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約50cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約50cm)和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約60cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約60cm)和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，具有各自為至少約70cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約70cm)和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約20cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸。優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約30cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸。更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約40cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約50cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約60cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約70cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案制成的鑄硅錠的水平尺寸的上限僅由鑄造及塒堝的制造技術(shù)所確定，而不是由發(fā)明方法本身所確定。根據(jù)本發(fā)明可以制造出截面面積為至少lm2及至多4-81112的錠。類(lèi)似地，錠高度的上限可能與較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間有關(guān)，而不是與鑄造方法的基本原則有關(guān)。錠高度至多約50cm至約80cm是可能的。因此，根據(jù)本發(fā)明的是，連續(xù)的單晶硅或近單晶硅的實(shí)體可以成功生長(zhǎng)到截面為約66cmx66cm，連續(xù)的單晶硅的長(zhǎng)方形固體片體積為至少33,750cm3。此外，根據(jù)本發(fā)明的是，可以形成鑄造連續(xù)單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選具有各自與鑄造容器的內(nèi)部尺寸一樣大的至少兩個(gè)尺寸和與錠等高的第三尺寸。例如，如果單晶硅的鑄造實(shí)體為立方形狀或長(zhǎng)方形狀的固體，則上述這些尺寸指的是這種實(shí)體的長(zhǎng)度、寬度和高度。類(lèi)似地，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約20cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約30cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約40cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約50cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約60cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。還更優(yōu)選的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，具有各自為至少約70cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約5cm的第三尺寸。因此，根據(jù)本發(fā)明的是，可以成功地將連續(xù)幾何多晶硅的實(shí)體生長(zhǎng)到截面為約66cmx66cm，連續(xù)幾何多晶硅的長(zhǎng)方形固體片體積為至少33,750cm3。此外，根據(jù)本發(fā)明的是，可以形成鑄造幾何多晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選具有各自與鑄造容器的內(nèi)部尺寸一樣大的至少兩個(gè)尺寸。例如，如果幾何多晶硅的鑄造實(shí)體為立方形狀或長(zhǎng)方形狀的固體，則上述這些尺寸指的將是這種實(shí)體的長(zhǎng)度、寬度和高度。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方案的方式進(jìn)行熔融硅的結(jié)晶，可以制備出具有特定的而不是隨機(jī)的晶界和特定晶粒尺寸的鑄硅。此外，按所有籽晶以彼此同樣的相對(duì)方向定向的方式排列籽晶，例如(100)極方向垂直于坩堝的底部，(IIO)極方向與長(zhǎng)方形或方形截面的坩堝的一側(cè)平行，由此可以得到大的鑄硅實(shí)體，其為單晶硅或幾乎是單晶硅，其中這種鑄硅的極方向與籽晶的相同。類(lèi)似地，另一極方向可以垂直F坩堝的底部。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，籽晶的布置可以使任何共極方向垂直于坩堝的底部。當(dāng)通過(guò)從熔融硅池中拉出圓柱形狀晶棒的常規(guī)方法(例如，根據(jù)CZ或FZ法)制備單晶硅時(shí)，所得到的單晶硅包含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，例如漩渦缺陷(由諸如空位及自間隙原f的本征缺陷形成)和OSF環(huán)缺陷。漩渦缺陷是單個(gè)或簇形式的間隙硅原子或空位?？梢酝ㄟ^(guò)X射線形貌圖檢測(cè)這種漩渦缺陷，它們顯示為硅中的"漩渦"。它們也可以在用于缺陷描繪的硅優(yōu)先酸蝕之后被檢測(cè)到。根據(jù)常規(guī)的CZ或FZ法，硅內(nèi)部的氧原子分布以及由這些氧原子造成的硅中的缺陷是位亍徑向的。這意味著它們傾向于排列成在中'll、軸周?chē)鷮?duì)稱的環(huán)、螺旋或條紋。OSF環(huán)缺陷就是這樣的一種具體的例子，其中納米尺度的氧沉淀物使在拉出的單晶硅錠或硅晶棒內(nèi)的圓柱帶中的堆垛層錯(cuò)成核，導(dǎo)致了由這種硅制成的晶片上的環(huán)形缺陷帶。這種帶可以在優(yōu)先酸蝕后的硅樣品中觀察到。例如根據(jù)常規(guī)的CZ或FZ法，通過(guò)從熔融硅池中拉出圓柱形狀的晶棒，由于拉動(dòng)過(guò)程的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性、軸向熱梯度以及過(guò)程中的固有旋轉(zhuǎn)，漩渦缺陷和OSF環(huán)缺陷均出現(xiàn)在單晶硅的晶棒中。相反，能通過(guò)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鑄造方法制備的硅，不顯示出這種漩渦缺陷和OSF環(huán)缺陷。這是因?yàn)?，在不具有圓柱對(duì)稱性的硅實(shí)體中，在整個(gè)固化和冷卻過(guò)程中穿過(guò)錠的等溫線基本上是平坦的過(guò)程中，鑄造過(guò)程期間所引入的缺陷可以基本上隨機(jī)地分布到不受旋轉(zhuǎn)影響的生長(zhǎng)界面上。關(guān)于在通過(guò)不同的方法生長(zhǎng)的硅中的輕元素雜質(zhì)的濃度，表1中所示的以下水平被廣泛認(rèn)為是典型的。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>目前生產(chǎn)的部分CZ錠可以具有低至5xl017原子/cn^的氧，但不會(huì)更低。通過(guò)有意的摻雜可以提高FZ和CZ錠中的碳和氮的濃度，但在這些技術(shù)中的摻雜不超過(guò)固溶度的限制(如其在鑄造材料中那樣)，而且還沒(méi)有制備出直徑尺寸大于20cm的摻雜錠。相比之下，由于剝離涂層和爐內(nèi)熱區(qū)的設(shè)計(jì)，鑄造錠是碳氮過(guò)飽和的。結(jié)果，由于液相成核及生長(zhǎng)，沉淀的氮化物和碳化物是普遍的。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，己經(jīng)制造出具有上述報(bào)道的雜質(zhì)水平及尺寸大到50x50x20cm3和60x60x5cn^的鑄造的單個(gè)晶錠。這些尺寸只是示意性的，不視為本發(fā)明的鑄造方法的上限。例如，關(guān)于雜質(zhì)水平，在根據(jù)本發(fā)明的硅鑄造中約1-5"017原子/cm3的溶解碳濃度(表示約lxl0'7原子/cm3至約5xlO"原子/cm3)、約2-3xlO"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xlO"原子/cm3的溶解氮濃度是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約20cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約20cm)和至少約Ocm的第三尺寸，具有約l-5^10"原子/cn^的溶解碳濃度、約2-3xl0"原子/cr^的溶解氧濃度和約1-5xlO'5原子/cm3的溶解氮濃度。優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約30cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約30cm)和至少約10cm的第三尺寸，具有約l-5xlO口原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xlO口原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約35cm)和至少約10cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cn^的溶解碳濃度、約2-3xl0"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約40cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約40cm)和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cn^的溶解碳濃度、約2-3xl0'"京子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl0"原子/cm"的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約50cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約50cm)和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5x1017原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xlO"原子/cm3的溶解氧濃度和約1-5"0'5原子/cn^的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約60cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約60cm)和至少約20cm的第三尺寸，具有約1-5><1017原子/，3的溶解碳濃度、約2-3><1017原子/，3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選是鑄造的，優(yōu)選具有各自為至少約70cm的至少兩個(gè)尺寸(例如在一側(cè)上至少約70cm)和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xl017原子/cm3的溶解氧濃度和約1-5xlO"原子/ci^的溶解氮濃度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，優(yōu)選具有各自為至少約20cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸，具有約l-5xl0口原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xl0"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約30cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸，具有約l-5xl017原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xl017原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl0"原子/ci^的溶解氮濃度。更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約10cm的第三尺寸，具有約l-5xlO口原子/cr^的溶解碳濃度、約2-3xl0"原子/ci^的溶解氧濃度和約I-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約40cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cm3的溶解碳濃度、約2-3xlO"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約50cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cn^的溶解碳濃度、約2-3xlO"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl015原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約60cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸，具有約l-5xlO"原子/cn^的溶解碳濃度、約2-3><10'7原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xl0"原子/cm3的溶解氮濃度。還更優(yōu)選的是，可以形成連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體，不含或基本不含徑向分布的缺陷和/或雜質(zhì)，具有各自為至少約70cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸，具有約1-5\1017原子/(^13的溶解碳濃度、約2-3xl0"原子/cm3的溶解氧濃度和約l-5xlO"原子/cm3的溶解氮濃度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案制成并具有上面提及的雜質(zhì)濃度的鑄硅錠的水平尺寸的上限僅由鑄造和坩堝制造技術(shù)所確定，不是由發(fā)明方法本身所確定。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以形成具有上面提及的雜質(zhì)濃度的鑄造連續(xù)單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體，優(yōu)選具有各自與鑄造容器的內(nèi)部尺寸一樣大的至少兩個(gè)尺寸和與錠等高的第三尺寸。例如，如果單晶硅的鑄造實(shí)體為立方形狀或長(zhǎng)方形狀的固體，則上述這些尺寸指的是這種實(shí)體的長(zhǎng)度、寬度和高度。與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，用于鑄造方法的籽晶可以具有任何所需的尺寸和形狀，但合適的是具有幾何形狀的單晶硅、近單晶硅或幾何規(guī)則多晶硅的片，例如方形、長(zhǎng)方形、六邊形、菱形或八邊形形狀的硅片?？梢詫?duì)它們成形以利于鋪展，所以可以邊靠邊地放置或"鋪展"它們，并按照所需的圖案使它們與坩堝的底部一致。還與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，可以在坩堝的一個(gè)或多個(gè)(包括所有)側(cè)壁上放置籽晶。這些籽晶例如可以通過(guò)將諸如單晶硅棒的晶體硅源鋸成具有所需形狀的片來(lái)獲得。還可以通過(guò)切割根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法制備的連續(xù)單晶、近單晶硅或連續(xù)幾何多晶硅的樣品來(lái)形成籽晶，這樣可以由初始的鑄造過(guò)程制備用于隨后的鑄造過(guò)程的籽晶。因此，舉例來(lái)說(shuō)，從連續(xù)單晶或近單晶硅的錠上切下或以其它方式獲得的連續(xù)單晶或近單晶硅的平板可以起到作為隨后鑄造連續(xù)單晶或近單晶硅的模板的功能。這種籽晶的尺寸和形狀可以為(或者基本為)放置籽晶的坩堝或其它容器的一側(cè)(例如底部)的尺寸和形狀。對(duì)于單晶鑄造的目的來(lái)說(shuō)，為了避免缺陷的引入，優(yōu)選用盡可能少的籽晶覆蓋坩堝底部。因此，籽晶的尺寸和形狀可以為(或者基本為)放置籽晶以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的鑄造法的坩堝或其它容器的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁(例如底部)的尺寸和形狀?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案來(lái)制備硅的方法及裝置。然而，應(yīng)該理解的是，這些不是與本發(fā)明的原理一致的形成硅的唯一方式。參考圖1，將籽晶100置于諸如石英坩堝的具有底和壁的坩堝110的底部，其方式使得要么它們?cè)谙嗤娜∠蛏暇o密鄰接，從而形成一個(gè)大的連續(xù)定向平板120?；蛘呤顾鼈?cè)陬A(yù)先選定的取向差(misorientation)上緊密鄰接，從而在所得生產(chǎn)的硅中產(chǎn)生特定的晶界，所述晶界具有有意選擇的晶粒尺寸。也就是說(shuō)，對(duì)于幾何多晶硅的鑄造而言，所得結(jié)晶的幾何多晶硅的截面晶粒尺寸，并優(yōu)選截面形狀，與籽晶的相等或近似，而晶粒的高度可以與垂直于截面的硅的尺寸--樣長(zhǎng)。如果所用幾何多晶籽晶(例如從幾何多晶硅錠上切下或以其它方式獲得的幾何多晶硅平板)是用于鑄造幾何多晶硅的籽晶，則所得到的幾何多晶硅晶粒的截面晶粒尺寸，并優(yōu)選截面形狀，與幾何多晶籽晶中的晶粒近似。因此，從幾何多晶硅錠上切下或以其它方式獲得的兒何多晶硅平板可以是"幾何多晶硅籽晶"(也稱為"幾何規(guī)則的多晶硅籽晶")，并可起到作為隨后鑄造幾何多晶硅的模板的功能。這些籽晶的尺寸和形狀可以為(或者基本為)放置籽晶的坩堝或其它容器的一側(cè)(例如底部)的尺寸和形狀。當(dāng)這種籽晶用于本發(fā)明的方法時(shí)，所得到的幾何多晶硅的晶粒優(yōu)選與籽晶中的晶粒具有相同或基本相同的截面尺寸和形狀。優(yōu)選的是，鋪展和放置籽晶100，使其基本上覆蓋坩堝110的整個(gè)底部。還優(yōu)選的是，坩堝110具有諸如由二氧化硅、氮化硅或液體密封材料制成的隔離涂層，以協(xié)助從坩堝110上取下結(jié)晶硅。此外，籽晶可以包含理想晶體取向的單晶硅的平板，約3mm至約100mm厚。圖1中所示為特定數(shù)目及尺寸的籽晶100，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以顯而易見(jiàn)的是，根據(jù)應(yīng)用情況，可以增加或減少籽晶的數(shù)目及尺寸。參考圖2，也可以將籽晶100放置到坩堝110的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁130、140上。可以將籽晶100放置到坩堝110的所有四個(gè)壁上，這里僅為示例的目的，只在壁130、140上顯示籽晶100。優(yōu)選的是，放置到坩堝110的任意四個(gè)壁上的籽晶100是柱狀的，從而有利于晶體生長(zhǎng)。優(yōu)選的是，放置到坩堝110的任意四個(gè)壁上的每個(gè)柱狀籽晶具有與放置在它緊下面的在坩堝110的底表面上的籽晶相同的晶粒取向。在幾何多晶硅生長(zhǎng)的情況下，按這種方式放置柱狀籽晶有利于幾何多晶硅晶粒生長(zhǎng)到與坩堝IIO—樣的高度。仍參考圖2，籽晶IIO的這種布置的優(yōu)點(diǎn)是，鑄硅具有更快更簡(jiǎn)單的自蔓延過(guò)程，其結(jié)晶度更高，生長(zhǎng)速率更快。例如，硅可以在硅'杯'中熔融，所述硅4不'由許多籽晶構(gòu)成，所述的許多籽晶在坩堝110的內(nèi)部堆疊在一起形成空腔，例如，底部和四壁?；蛘?，可以把熔融硅倒入硅'杯'中，所述硅'杯'由許多籽晶構(gòu)成，所述的許多籽晶在坩堝110的內(nèi)部堆疊在一起形成空腔，例如，底部和四壁。在替代性的例子中，首先將接收'杯'提高到硅的熔融溫度，但仍保持在固態(tài)，然后倒入熔融硅并使之達(dá)到熱平衡。然后，在上面的任一例子中冷卻柑堝110，由此例如通過(guò)向環(huán)境中發(fā)散熱量的固體散熱材料(未顯示)使熱量從坩堝IIO的底部及側(cè)壁散出，同時(shí)仍然向坩堝110的開(kāi)口頂端施加熱量。按此方式，所得到的鑄硅錠可以是單晶的或兒何多晶的(取決于所用籽晶100的類(lèi)型以及它們的取向)，而且結(jié)晶進(jìn)行快于己知的多晶鑄造過(guò)程。為了重復(fù)這--過(guò)程，利用已知的技術(shù)取出一部分側(cè)壁及底部的結(jié)晶的硅錠，并可在隨后的鑄造過(guò)程中再使用。優(yōu)選的是，放置許多籽晶，例如籽晶100，使籽晶100之間的共極方向垂直于坩堝110的底部和一個(gè)側(cè)壁的每一個(gè)，從而在坩堝110的底部和一個(gè)側(cè)壁之間沒(méi)有晶界形成。圖3A-3C所示為用于在坩堝110中鑄造幾何多晶硅的鋪展實(shí)例。晶粒設(shè)計(jì)(crystalgrainengineering)可以通過(guò)仔細(xì)的籽晶制造、定向、布置及晶體生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如圖3A和3B顯示了兩種單晶硅平板155、165，上面給出了不同的(110)方向。兩種平板具有垂直于其表面的共同的(100)方向。然后切割每個(gè)單晶硅平板155、165，從而形成許多的硅片，這些硅片成為籽晶150、160。由于紋飾的原因，表面類(lèi)型可以是統(tǒng)一的，例如(IOO)，或者可以任意地選擇。如圖3B所示，可以基于自單晶硅平板155和165切割鋪片來(lái)選擇晶粒的形狀和尺寸。片150、160的相鄰鋪片之間的相對(duì)定向角決定所得到的鑄造幾何多晶硅中的晶界類(lèi)型(例如，大角度、小角度或?qū)\晶界)。例如在圖3A中顯示了(100)極方向的兩種晶粒取向。于是圖3C中所示的籽晶由鋪展的單晶硅片150、160組成，這些片與相鄰的鋪片之間具有特定選取的定向關(guān)系。然后如圖3C所示將片150、160鋪展在坩堝110的底部，使得兩個(gè)(110)方向交錯(cuò)，如片150、160上所劃的箭頭所示。需要指出的是，只是為了示例的目的，將片150、160繪成大致的方塊，由于下面所討論的原因，它們可以具有其它的形狀。雖然沒(méi)有在圖3C中顯示，也可以如在圖2中那樣將籽晶放置在坩堝的側(cè)壁上。然后可以將硅原料(未顯示)引入到坩堝110內(nèi)的片150、160之上，然后使之熔融?；蛘撸梢詫⑷廴诠璧谷氲桔釄?10中。在替代性的例子中，首先使坩堝110達(dá)到非常接近或直到硅的熔融溫度，然后倒入熔融硅。與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，在固化開(kāi)始之前可以熔融籽晶薄層。然后，在上述的任一例子中冷卻坩堝110，由此例如通過(guò)向環(huán)境中散發(fā)熱的固體散熱材料使熱量從坩堝no的底部散出(以及，只有當(dāng)籽晶還在側(cè)表面上鋪展時(shí)，從側(cè)壁上散出)，同時(shí)仍然向坩堝110的開(kāi)口頂端施加熱量。如此，在保持籽晶為固態(tài)的同時(shí)引入熔融硅，熔體的定向固化造成柱狀晶粒向上生長(zhǎng)。按此方式，所得到的幾何多晶硅鑄造錠將仿效鋪展的硅籽晶150、160的晶粒取向。一旦適當(dāng)?shù)貙?shí)施這種技術(shù)，可以將所得到的錠切成例如水平的平板，以作為其它鑄造過(guò)程的籽晶層。平板的尺寸和形狀例如可以為(或者基本為)用于鑄造的坩堝或其它容器的一個(gè)表面(例如底部)的尺寸和形狀。例如，鑄造過(guò)程可以只使用一個(gè)這樣的平板。圖4所示為圖3C中所示的鋪展的一種變化形式。作為鑄造幾何多晶硅晶粒取向的一個(gè)例子，鋪展的籽晶片150、160的共極方向(OOl)垂直于坩堝110的底部。在圖4中，(110)組方向的所有變化都表示在片150、160的鋪展上，如方向箭頭所示。雖然在這個(gè)特定的圖中沒(méi)有顯示，但籽晶也可以處在坩堝110的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁上。因此，可以選擇用于形成硅的坩堝中籽晶的取向，使得在鑄造幾何多晶硅中形成特定的晶界，并且這種晶界包圍出幾何形狀。與本發(fā)明的實(shí)施方案相反的是，己知的鑄造法涉及通過(guò)定向固化完全熔融的大量硅，以不受控的方式進(jìn)行多晶晶粒的鑄造。所得到的晶粒具有基本上隨機(jī)的取向和粒徑分布。隨機(jī)的晶粒取向使得難以對(duì)硅表面進(jìn)行有效的紋飾。此外，業(yè)已表明，作為典型生長(zhǎng)技術(shù)的自然產(chǎn)物，晶界中的扭折傾向于形成結(jié)構(gòu)缺陷的核，所述結(jié)構(gòu)缺陷涉及位錯(cuò)的簇或線。這些位錯(cuò)以及傾向于被它們所吸引的雜質(zhì)引起電荷載流子的快速?gòu)?fù)合和作為光電材料的性能劣化。因此，與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，實(shí)施用于單晶或幾何多晶硅鑄造的規(guī)則晶界網(wǎng)絡(luò)的仔細(xì)規(guī)劃和引晶，使得可以明確地選擇晶粒的尺寸、形狀和取向，從而使少數(shù)載流子壽命和吸雜最大化，同時(shí)使結(jié)構(gòu)缺陷最小化。為了最大限度地減少位錯(cuò)成核，同時(shí)保持其生長(zhǎng)期間的垂直方向，可以選擇晶界為平的平面。選擇晶界類(lèi)型以使吸雜及應(yīng)力消除最大化。選擇晶粒取向(尤其是表面取向)以容許紋飾，改善表面鈍化并提高晶粒強(qiáng)度。選擇晶粒尺寸以優(yōu)化有效吸雜距離與大的吸收面積之間的平衡。例如，可以這樣實(shí)施幾何多晶硅的鑄造，使幾何多晶硅具有至少約0.5cm至約10cm的平均最小晶粒截面尺寸，共極方向垂直于鑄造幾何多晶硅的表面，例如如圖3C和4所示的那樣。平均晶粒截面尺寸可以為約0.5cm至約70cm或更大。如上文所述，截面尺寸被認(rèn)為是垂直于晶粒高度或長(zhǎng)度的晶粒截面的最長(zhǎng)尺寸。凈結(jié)果就是所得到的光電材料總體的效率提高。與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，可以在坩堝的至少一個(gè)表面(例如坩堝的底表面)上放置幾何排列的許多單晶硅籽晶，其中幾何排列包括緊密堆積的多邊形。或者，可以這樣放置幾何排列的許多單晶硅籽晶，使得幾何排列中包括緊密堆積的六邊形或具有菱形或三角形間隙的多邊形形狀，例如如圖5和6所示。但在另--種替代方案中，不是使用許多單晶籽晶，而是可以將從由現(xiàn)有技術(shù)中鑄造單晶硅或近單晶硅生產(chǎn)的錠上切下或以其它方式獲得的硅段(section)或平板當(dāng)作單個(gè)籽晶，用于鑄造根據(jù)本發(fā)明的單晶硅或近單晶硅。這種單個(gè)籽晶的尺寸和形狀與用于進(jìn)行鑄造的坩堝或其它容器的表面相同，或基本相同。更具體地說(shuō)，圖5所示為六邊形170緊密堆積排列的例子。對(duì)比之下，圖6所示為具有菱形或三角形間隙180、190的多邊形形狀的排列實(shí)例。下面要更詳細(xì)地討論到這兩種排列。上面所討論的任何排列也適用于鑄造單晶硅固體實(shí)體、近單晶硅固體實(shí)體或幾何多晶硅固體實(shí)體的實(shí)施方案，其中在坩堝的底部和側(cè)表面上均如此放置了籽晶。與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，通過(guò)鑄造幾何多晶硅實(shí)體生產(chǎn)的硅晶?？梢园粗鶢畹姆绞缴L(zhǎng)。此外，這種晶粒的截面可以為形成它的籽晶的形狀，或接近該形狀。當(dāng)制備具有這種特別選定晶界的硅時(shí)，優(yōu)選晶界交界只有在角處會(huì)合的三個(gè)晶粒邊界。如圖5所示，籽晶170的六邊形排列對(duì)于籽晶的鋪展是合意的，其中晶體取向使得水平平面上的原子具有三重或六重對(duì)稱性，例如硅的(lll)。因此，圖5所示為排列在諸如圖1和2中所示的適當(dāng)?shù)嫩釄宓撞康牧呅螤钭丫Ъ象w的部分平面圖。箭頭所示為籽晶中的硅晶體(11o)方向的取向?；蛘?，作為4重對(duì)稱的取向，可以采用籽晶的不同幾何構(gòu)型，用以在多晶粒間保持穩(wěn)定對(duì)稱的晶界，同時(shí)仍然滿足三個(gè)晶界角的原貝IJ。例如，如果e為(110)方向與具有(100)極的八邊形主邊之間的取向差，a為間隙菱形的頂角，如圖6所示，若o^90。-e，則所有的晶粒相對(duì)于(110)方向?qū)⒕哂袑?duì)稱的晶界。在此例中，所有的晶粒具有垂直于描繪圖6的紙平面的(100)極方向。因此，圖6為排列在諸如圖1和2中所示的適當(dāng)?shù)嫩釄宓撞康陌诉呅涡螤畹淖丫c菱形形狀的籽晶180、190集合體的部分平面圖。箭頭所示為籽晶中的硅晶體(110)方向的取向。圖7是描述根據(jù)本發(fā)明的制造硅的典型方法的流程圖。按照?qǐng)D7，方法700可以由選擇用于單晶或幾何多晶硅生長(zhǎng)的單晶硅籽晶開(kāi)始，并在坩堝中布置單晶硅籽晶(步驟705)?；蛘?，可以使用從單晶硅或幾何規(guī)則多晶硅的錠上切下或以其它方式獲得的單個(gè)平板作為單個(gè)籽晶。接下來(lái)，可以向坩堝中添加硅原料(步驟710)。然后從頂部加熱坩堝，同時(shí)從底部冷卻坩堝的底部(被動(dòng)或主動(dòng)地，見(jiàn)步驟715)。在熔融期間，監(jiān)視硅的熔融進(jìn)程，用以追蹤和控制固-液界面的位置(步驟720)。使硅的熔融階段進(jìn)行到部分單晶硅籽晶被熔融(步驟725)。-一旦所需部分的單晶硅籽晶熔融，熔融階段結(jié)束，晶體生長(zhǎng)階段開(kāi)始(步驟730)。使晶體生長(zhǎng)在坩堝內(nèi)單向和垂直地持續(xù)進(jìn)行，直到完成硅的結(jié)晶(步驟735)。如果籽晶是為幾何多晶硅的生長(zhǎng)而布置的，則步驟735的結(jié)晶將產(chǎn)生具有柱狀晶粒的幾何多晶硅錠(步驟740)?；蛘?，如果籽晶是為單晶硅的生長(zhǎng)布置的，則步驟735的結(jié)晶將產(chǎn)生單晶硅錠(步驟745)。最后，取出在步驟740或745中產(chǎn)生的錠以作進(jìn)一步的處理(步驟750)。如圖8A所示，例如可以按兩種方式之一將硅原料200引入到包含籽晶220的坩堝210中。在第一種方式中，坩堝210裝滿全部容量的固體硅原料200，所述的硅原料合適的形式為適當(dāng)尺寸的大塊，將裝滿的坩堝210放置在鑄造站上(未顯示)。如圖8B所示，在坩堝210中建立起熱分布，使坩堝110中的硅填料的頂部受熱熔融，同時(shí)主動(dòng)或被動(dòng)地冷卻底部，從而維持坩堝210底部籽晶220的固相，即，使它們?cè)谠?00熔融之時(shí)不發(fā)生浮動(dòng)。使固體散熱材料230與坩堝210的底部接觸，用于向水冷壁散熱。例如，散熱材料230可以為石墨固體塊，優(yōu)選可以具有與坩堝底部一樣或更大的尺寸。例如根據(jù)本發(fā)明的是，當(dāng)坩堝底表面為66cmX66cm時(shí)，所用的散熱材料可以為66cmX66cmX20cm。假如只在坩堝210的底部放置籽晶220，則優(yōu)選不以任何方式對(duì)坩堝210的側(cè)壁進(jìn)行冷卻。如果在塒堝210的底部及側(cè)壁上放置籽晶220，則在坩堝210的底部及側(cè)壁上均放置散熱材料230，用以保持所需的熱分布。密切監(jiān)視硅原料200的熔融相，從而追蹤熔融硅與籽晶之間的界面的位置。優(yōu)選的是，熔體240(示于圖8B)進(jìn)行到除了籽晶220之外的所有原料硅200完全熔融，此后籽晶220部分熔融。例如，在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘或更小，由此可以對(duì)加熱進(jìn)行嚴(yán)密控制，使籽晶220不完全熔融。優(yōu)選的是，在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.05。C/分鐘或更小，由此可以對(duì)加熱進(jìn)行嚴(yán)密控制。例如，根據(jù)本發(fā)明的是，可以在坩堝外表面的坩堝與大塊石墨之間測(cè)量AT，以及可以將浸量尺插入到熔體240中，用以測(cè)量熔體的深度，從而計(jì)算籽晶220的己熔融部分。如圖8C所示，250部分所示為熔體240之下的籽晶220總厚度的熔融部分。籽晶220的250部分在熔體240下面熔融后，熔融階段則迅速終止，開(kāi)始進(jìn)行晶體生長(zhǎng)階段，其中坩堝210頂部的加熱減少，和/或在散熱材料230處的底部的冷卻增加。作為此過(guò)程的例子，圖8D中的圖表顯示了作為時(shí)間函數(shù)的籽晶220的250部分的熔融。如圖8D所示，初始厚度為5至6cm的籽晶部分逐漸熔融到只剩下不到2cm的固體籽晶。例如，在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上(例如，通過(guò)在冷卻塊中安裝的熱電偶)測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘或更小，由此可以對(duì)加熱進(jìn)行嚴(yán)密控制，使籽晶220不完全熔融。優(yōu)選的是，在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.05。C/分鐘或更小，由此可以對(duì)加熱迸行嚴(yán)密控制。此時(shí)，熔融階段迅速終止且晶體生長(zhǎng)階段開(kāi)始，這可由圖表縱坐標(biāo)上的測(cè)量的固體厚度的相對(duì)增加看出。然后，如圖8E所示，引晶的晶體生長(zhǎng)在坩堝210內(nèi)單向和垂直地連續(xù)進(jìn)行，直到硅的結(jié)晶完成。當(dāng)坩堝210內(nèi)自上而下的熱梯度均衡下來(lái)時(shí)，鑄造循環(huán)完成。然后，將整個(gè)錠260緩慢冷卻到室溫。對(duì)于幾何多晶硅的鑄造，如圖8E所示，該引晶的單向生長(zhǎng)產(chǎn)生柱狀形的晶粒270，通常具有如單個(gè)籽晶220的水平截面的形狀，晶粒270是在單個(gè)籽晶220之上形成的。按這種方式，可以預(yù)先選定鑄造幾何多品硅的晶界。任何先前討論的引晶圖案/鋪展適用于此鑄造過(guò)程?；蛘?，對(duì)于單晶硅的鑄造，可以使籽晶220排列成根本不產(chǎn)生晶界，這樣生成鑄造單晶硅。如圖8F所示，250部分所示為熔體240之下的籽晶220總厚度的熔融部分。籽晶220的250部分在熔體240下面熔融后，熔融階段則迅速終止，晶體生長(zhǎng)階段開(kāi)始，其中坩堝210頂部的加熱減少，和/或在散熱材料230處的底部的冷卻增加。然后，如圖8G所示，引晶的晶體生長(zhǎng)在坩堝210內(nèi)單向和垂直地連續(xù)進(jìn)行，直到完成硅的結(jié)晶。優(yōu)選為基本平的固-液界面285自坩堝210的底表面向上傳播。晶體生長(zhǎng)完成后，鑄造循環(huán)完成，這時(shí)坩堝210內(nèi)自上而下的熱梯度均衡下來(lái)。然后，將整個(gè)錠280緩慢冷卻到室溫。對(duì)于單晶硅的鑄造，如圖8G所示，該引晶的單向生長(zhǎng)產(chǎn)生鑄造單晶硅2卯的連續(xù)固體實(shí)體。在圖9所示的另一方法中，可以首先在單獨(dú)的室或單獨(dú)的熔融容器300中將硅原料200熔融。在熔融原料305經(jīng)熔體管310被送入或倒入到坩堝210中之前，籽晶220可以從頂部開(kāi)始部分熔融，也可以不如此，此后如圖8B-8G所指的那樣進(jìn)行冷卻及生長(zhǎng)。在另一實(shí)施方案中，可以將硅籽晶放置到坩堝210的壁上(未顯示)，如前所述，引晶的生長(zhǎng)可以在坩堝210的側(cè)壁以及底部上進(jìn)行?；蛘撸柙?00在與坩堝210分開(kāi)的熔融容器300中熔融，同時(shí)將坩堝210加熱到硅的熔融溫度，并控制加熱使籽晶220不完全熔融。在籽晶220部分熔融的情況下，可以將熔融原料305從熔融容器300轉(zhuǎn)移到坩堝210中，并可以開(kāi)始冷卻和結(jié)晶。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，晶體硅固體實(shí)體的一部分可以包括籽晶220。或者，在熔體引入之前可以保持籽晶完全為固體。在這種情況下，熔融容器300中的熔融硅被加熱到超過(guò)熔融溫度，當(dāng)引入過(guò)熱液體時(shí)，使過(guò)熱液體熔融某些籽晶的一部在諸如圖9中所示的兩段式鑄造站中，熔融原料305從熔融容器300中向下傾倒，落于籽晶220上，在固化過(guò)程中呈現(xiàn)出它們的結(jié)晶性?；蛘撸廴诳梢园l(fā)生在中心熔融容器300中，所述中心熔融容器300向分布式布置的固化坩堝進(jìn)料，例如一個(gè)或多個(gè)坩堝210的相同制品(未顯示)。與本發(fā)明的實(shí)施方案一致的是，固化坩堝可以在坩堝的側(cè)壁或底部或兩者上襯以籽晶220。該方法的一些優(yōu)點(diǎn)包括熔融與固化系統(tǒng)的分離，便于更好地優(yōu)化每一鑄造步驟；硅的半連續(xù)熔融，如為保持坩堝供應(yīng)所需的那樣，可以按規(guī)則的方式發(fā)生新材料的熔融；頂部的硅結(jié)渣(以及可能的底部的硅流失)，同時(shí)從熔體的中間供應(yīng)固化站，提高了起始硅材料的純度；以及使熔融容器300與熔融原料305達(dá)成平衡，并且不再是雜質(zhì)的重要來(lái)源。這樣，在已經(jīng)通過(guò)上述的方法之一鑄造錠260或280以后，可以對(duì)所得到的鑄造錠進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如切下錠的底部或另一段，用它來(lái)作為后續(xù)鑄造中的單個(gè)籽晶，所述鑄造用以形成根據(jù)本發(fā)明的單晶硅、近單晶硅或幾何多晶硅的實(shí)體，其中這種單個(gè)籽晶的尺寸和形狀與后續(xù)鑄造運(yùn)行中所用的坩堝的底部尺寸和形狀是一樣的，其余的錠可以切成磚及晶片，用于加工成光電池?；蛘撸缈梢詫⒄麄€(gè)錠切成水平的平板，用作多重鑄造站中的籽晶，用于后來(lái)的鑄造運(yùn)行。在與本發(fā)明實(shí)施方案一致的方法中所用的硅原料可以包含一種或多種摻雜劑，例如選自包括如下所列的那些硼、鋁、鋰、鎵、磷、銻、砷和鉍。這些摻雜劑的總量可以為約0.01百萬(wàn)分之原子％(ppma)至約2ppma。優(yōu)選的是，硅中摻雜劑的量是這樣的量，使得由硅制成的晶片電阻率為約0.1至約50ohm-cm，優(yōu)選為約0.5至約5.0ohm-cm。這樣，根據(jù)本發(fā)明，硅可以為鑄造連續(xù)單晶硅、鑄造近單晶硅或鑄造連續(xù)幾何多晶硅的實(shí)體，優(yōu)選基本不含或不含諸如OSF和/或漩渦缺陷的徑向分布缺陷，并且優(yōu)選的是，實(shí)體的至少兩個(gè)尺寸優(yōu)選為至少約10cm，優(yōu)選至少約20cm，更優(yōu)選至少30cm，還更優(yōu)選至少40cm，還更優(yōu)選至少50cm，還更優(yōu)選至少60cm，最優(yōu)選至少約70cm。最優(yōu)選的是，這種硅實(shí)體的第三尺寸為至少約5cm，優(yōu)選至少約15cm，最優(yōu)選至少約20cm。硅實(shí)體可以是作為單個(gè)實(shí)體的單獨(dú)的片，或者其可以全部或部分地包含在其它硅的內(nèi)部，或者其可以全部或部分地被其它硅所包圍?？梢孕纬蛇@樣的硅實(shí)體，其優(yōu)選具有各自與鑄造容器的內(nèi)部尺寸一樣大的至少兩個(gè)尺寸。如本文中披露的那樣，本發(fā)明的實(shí)施方案可用于通過(guò)簡(jiǎn)單和劃算的鑄造過(guò)程生產(chǎn)單晶硅、近單晶硅或幾何多晶硅的大型實(shí)體。以下是與本發(fā)明實(shí)施方案一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)例。給出這些實(shí)例只是為了例示和說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，不應(yīng)該被視為任何方式的對(duì)本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例1籽晶制備使用涂布金剛石的帶鋸沿長(zhǎng)度方向切下純直拉(CZ)硅(單晶)晶棒，所述直拉硅購(gòu)自MEMC,Inc.,具有0.3ppma的硼，使其具有測(cè)量的每邊為14cm的方形截面。使用相同的鋸將所得到的單晶硅塊從截面處切成厚度約2cm至約3cm的平板。這些平板用作單晶硅籽晶或"籽晶"。保持硅坯的(100)晶極取向。然后在石英坩堝的底部布置所得到的單個(gè)晶體硅平板，使平板的(100)方向朝上，保持(IIO)方向平行于坩堝的一側(cè)。石英坩堝具有方形截面，側(cè)邊68cm，深約40cm，壁厚約1.8cm。將平板布置在坩堝的底部，使它們的長(zhǎng)尺寸平行于坩堝的底部，它們的側(cè)部相接觸，從而在坩堝底部上形成這種平板的一個(gè)單個(gè)完整的層。鑄造然后在室溫下用總質(zhì)量為265kg的固體硅原料填充坩堝。然后將填充的坩堝加載到原位熔融/定向固化的鑄造站，用于鑄造多晶硅。通過(guò)電阻加熱器加熱至大約1550。C來(lái)實(shí)施熔融過(guò)程，這樣設(shè)置加熱器，使加熱來(lái)自頂端，同時(shí)通過(guò)總共開(kāi)放6cm的隔層(insulation)使熱量散出底部。這種設(shè)置造成熔融是沿自上而下的方向朝坩堝的底部進(jìn)行。通過(guò)底部的被動(dòng)冷卻使籽晶在熔融溫度下保持固態(tài)，同時(shí)用熱電偶監(jiān)視。熔融程度用石英浸量尺測(cè)量，該浸量尺每隔IO分鐘下探到熔體中。使浸量尺高度與站上的空坩堝的測(cè)量值進(jìn)行比較，從而確定剩余固體材料的高度。通過(guò)浸量尺測(cè)量，首先原料熔融，然后使熔融狀態(tài)持續(xù)下去，直到只剩下約1.5cm高度的籽晶。此時(shí)，將加熱功率降低到溫度設(shè)定為1500°C，同時(shí)通過(guò)打開(kāi)隔層至12cm增加底部的散熱。通過(guò)浸量尺測(cè)量進(jìn)行觀察，固化開(kāi)始前另有一或兩毫米的籽晶熔融。然后進(jìn)行引晶的單個(gè)晶體生長(zhǎng)，直到固化步驟結(jié)束。采用正常的參數(shù)實(shí)施生長(zhǎng)步驟和鑄造循環(huán)的其余步驟，自上而下的熱梯度均衡下來(lái)，然后將整個(gè)錠緩慢冷卻到室溫。鑄硅產(chǎn)品為66cmX66cmX24cm的錠，其具有50cmX50cm水平方形截面的中心部分為自上而下的單晶硅。對(duì)錠的表面的目測(cè)檢查可以明顯看出單晶硅結(jié)構(gòu)。此外，用能夠刻劃晶界的腐蝕性制劑蝕刻的硅也進(jìn)一步確定了在材料中缺乏晶界。體摻雜平均為1.2ohm-cm，由此硅制造的光電池具有16.0%的電效率。在根據(jù)此例進(jìn)行的其它鑄造運(yùn)行中已觀察到，鑄硅產(chǎn)品為包含其它晶體取向的較小硅晶體的連續(xù)一致的硅晶體，或者為具有多晶硅相鄰區(qū)域的單晶硅實(shí)體。實(shí)施例2籽晶制備如實(shí)施例1中的那樣引晶，不同之處在于，切割單晶硅籽晶，使對(duì)于一半的籽晶其(110)方向與方形籽晶的側(cè)部成45度，而另一半成約20度角。在坩堝的底部以棋盤(pán)的方式形成方形片的層，兩種不同的籽晶取向是交替的，SP，(110)方向與坩堝側(cè)壁的取向成45度和20度。彼此相對(duì)而言，籽晶具有25度或155度的取向差。然而，由于方形形狀籽晶的尺寸不匹配，引晶層中的一些空隙未被覆蓋。測(cè)量坩堝，每個(gè)方形的邊為大約33cm，大約有22cm高。鑄造將包含籽晶的坩堝和包含總共56kg原料硅塊的單獨(dú)坩堝加載到普遍鑄造工藝(UCP)的兩段式鑄造站中。接收坩堝(內(nèi)有籽晶)被加熱到硅的熔點(diǎn)，但不給予使之完全熔融的能量。通過(guò)石墨電阻加熱器在比硅的熔融溫度高至少50°C的溫度下熔融另一個(gè)坩堝中的硅，然后將其倒入到接收坩堝中。此時(shí)固化立即開(kāi)始，為了實(shí)現(xiàn)定向固化和引晶的晶體生長(zhǎng)，要將熱量從接收坩堝的底部散出?？紤]到由籽晶構(gòu)成的已經(jīng)固化的材料的質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)周期有所縮短。按這種方式，在冷卻降溫過(guò)程開(kāi)始之前，無(wú)需考慮使所有66kg(10kg籽晶和56kg原料硅)固化所需的時(shí)間，只需提供56kg熔融硅所需的時(shí)間，從而避免加熱能量的浪費(fèi)。此過(guò)程的產(chǎn)物為具有大的、通常為柱狀的晶粒的硅錠，所述晶粒具有方形截面，所述截面的形狀和尺寸保持接近于形成它們的初始籽晶尺寸的頂面。在某些情況下，隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，側(cè)部晶界位置發(fā)生漂移。實(shí)施例3籽晶制備用23kg方形(100)板襯著坩堝的底部，由此實(shí)施引晶過(guò)程，提供出63cmx63cm的覆蓋面積，厚度在從中心處的3cm到側(cè)部的1.8cm的范圍上變化。所有的板布置成其(110)方向與坩堝壁成45°。鑄造用另外共242kg的原料大硅塊填充包含籽晶的坩堝，所述的原料硅塊是指本征硅、從先前的錠中再循環(huán)的硅和雙鑄硅的混合，p-型電阻率大于9ohm-cm。將坩堝中的硅填料加載到一段式定向固化爐中。將坩堝(內(nèi)有籽晶)加熱到1550。C的溫度，通過(guò)打開(kāi)隔層至12cm對(duì)底部進(jìn)行冷卻。在熔融期間固-液界面保持基本上平坦，使得在熔融結(jié)束時(shí)，沒(méi)有部分籽晶完全地熔融。用石英浸量尺監(jiān)測(cè)硅的厚度。當(dāng)測(cè)量的中心厚度為2.5cm時(shí)，停止熔融階段，加熱器溫度降到1440°C，隔層高度增加到15cm。從熔體相變開(kāi)始，在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的溫度增加的速率保持在o.rc/分鐘或0.1。C/分鐘以下。然后可以進(jìn)行固化過(guò)程的其余步驟，加熱器保持大致恒定的功率，直至觀察到晶體生長(zhǎng)的終點(diǎn)。生長(zhǎng)結(jié)束后，晶體硅錠的溫度均衡下來(lái)，然后均勻地降至室溫。從坩堝中取出錠以后，從錠的底部切下一個(gè)大的片，以后在另一后續(xù)的鑄造過(guò)程中再次用作籽晶，把剩下的錠切成用于進(jìn)一步加工的12.5cm方磚形物。這一過(guò)程成功地導(dǎo)致了基本上在整個(gè)籽晶層截面之上的單晶生長(zhǎng)，并且一直進(jìn)行到錠的頂部。對(duì)切削硅的檢查明顯可看出單晶性。在根據(jù)此例進(jìn)行的其它鑄造中已觀察到，鑄硅產(chǎn)品為包含其它晶體取向的較小硅晶體的連續(xù)一致的硅晶體，或者為具有多晶硅相鄰區(qū)域的單晶硅實(shí)體。由與本發(fā)明實(shí)施方案一致的硅制成的晶片是適宜的薄，并可用于光電池。此外，晶片可以是n-型或p-型的。例如，晶片可以為約10微米厚至約700微米厚。此外，用于光電池的晶片優(yōu)選具有大于晶片厚度(t)的擴(kuò)散長(zhǎng)度(Lp)。例如，Lp/t合適地為至少0.5。例如其可以為至少約1.1或至少約2。擴(kuò)散長(zhǎng)度是指少數(shù)載流子(例如p-型材料中的電子)在與多數(shù)載流子(p-型材料中的空穴)復(fù)合之前能夠擴(kuò)散的平均距離。Lp通過(guò)關(guān)系式Lp—D力^與少數(shù)載體的壽命T相關(guān)聯(lián)，其中D是擴(kuò)散常數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)許多技術(shù)測(cè)量擴(kuò)散長(zhǎng)度，例如光子束感生電流技術(shù)或表面光伏技術(shù)。例如可參見(jiàn)A,Fahrenbruch和R.Bube的"太陽(yáng)能電池的基本原貝U(FundamentalsofSolarCells)"(AcademicPress,1983年，90-102頁(yè))，其中描述了如何可以測(cè)量擴(kuò)散長(zhǎng)度。晶片的寬度可以為約100毫米至約600毫米。優(yōu)選的是，晶片的至少一個(gè)尺寸為至少約50mm。例如，由本發(fā)明的硅制成的晶片以及因此由本發(fā)明制備的光電池可以具有約50至約3600平方厘米的表面面積。晶片的前表面優(yōu)選是紋飾的。例如，可以利用化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻或者激光或機(jī)械刻劃來(lái)適當(dāng)?shù)丶y飾晶片。如果使用具有(ioo)極取向的晶片，則可以如下蝕刻晶片，通過(guò)在例如約70°C至約90°C的高溫下，在諸如氫氧化鈉的堿的水溶液中對(duì)晶片進(jìn)行約10至約120分鐘的處理，由此形成各向異性紋飾的表面。水溶液可以含有醇，如異丙醇。由此，通過(guò)切割鑄硅的固體實(shí)體以形成至少一個(gè)晶片，使用由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鑄硅錠生產(chǎn)的晶片，可以制造出太陽(yáng)能電池；任選在晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)，例如通過(guò)表面摻雜來(lái)進(jìn)行；任選在表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層，例如通過(guò)鋁燒結(jié)步驟來(lái)進(jìn)行；以及形成晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。鈍化層是維系表面原子的懸掛鍵的裸晶片表面具有界面的層。硅上的鈍化層的實(shí)例包括氮化硅、二氧化硅和無(wú)定形硅。這一層通常比1微米還要薄，或者對(duì)光線是透明的，或者作為抗反射層。在例如使用p-型硅晶片制備光電池的典型和一般過(guò)程中，使晶片在一側(cè)接觸適當(dāng)?shù)膎-摻雜劑，從而在晶片的前部或受光側(cè)形成發(fā)射層和p-n結(jié)。通常情況下，n-型層或發(fā)射層是這樣形成的，首先將n-摻雜劑沉積到p-型晶片的前表面上，所采用的技術(shù)是本領(lǐng)域中普遍采用的，例如化學(xué)或物理沉積，在這種沉積之后，將例如磷的n-摻雜劑驅(qū)入硅晶片的前表面，從而進(jìn)一步將n-摻雜劑擴(kuò)散到晶片表面中。這種"驅(qū)入"步驟通常是通過(guò)使晶片暴露于高溫來(lái)完成的。從而在n-型層和p-型硅晶片基材之間的邊界區(qū)上形成p-n結(jié)。在使用磷或其它摻雜來(lái)形成發(fā)射層之前可以紋飾晶片表面。為了進(jìn)一步改善光的吸收，通?？梢栽诰那安渴┘尤芜x的抗反射涂層，例如氮化硅，有時(shí)同時(shí)提供表面和或體相鈍化。為了利用由p-n結(jié)暴露于光能所產(chǎn)生的電位，光電池通常在晶片的前表面上提供導(dǎo)電的前觸點(diǎn)，在晶片的后表面上提供導(dǎo)電的后觸點(diǎn)，當(dāng)然兩種觸點(diǎn)均可以在晶片的后面上。這種觸點(diǎn)通常由一種或多種高導(dǎo)電金屬制成，因此通常是不透明的。因此，根據(jù)上述實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池可以包含由不含或基本不含徑向分布缺陷的連續(xù)單晶硅或近單晶硅的實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體可以如上文所述，例如，具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；晶片上的p-n結(jié)；晶片表面上任選的抗反射涂層；優(yōu)選具有選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)，其中所述實(shí)體可以不含或基本不含漩渦缺陷以及不含或基本不含OSF缺陷。此外，根據(jù)上述實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池可以包含由連續(xù)幾何多晶硅的實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有預(yù)定排列的晶粒取向，優(yōu)選共極方向垂直于實(shí)體的表面，所述實(shí)體優(yōu)選進(jìn)一步具有各自優(yōu)選為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸；晶片上的p-n結(jié)；晶片表面上任選的抗反射涂層；優(yōu)選具有選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)，其中幾何多晶硅包括具有約0.5cm至約30cm平均晶粒截面尺寸的硅晶粒，且其中該實(shí)體可以不含或基本不含漩渦缺陷以及不含或基本不含OSF缺陷。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不偏離本發(fā)明的范圍或?qū)嵸|(zhì)的情況下可以對(duì)所披露的結(jié)構(gòu)和方法作出各種修改和變動(dòng)。例如，所披露的與形成單晶硅有關(guān)的過(guò)程及方法也適用于形成近單晶硅或它11']的組合。此外，雖然本文描述的是硅的鑄造，但在不偏離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的情況下也可以鑄造其它半導(dǎo)體材料和非金屬晶體材料。例如，本發(fā)明者已經(jīng)設(shè)想了與本發(fā)明實(shí)施方案一致的其它材料的鑄造，例如砷化鎵、硅鍺、氧化鋁、氮化鎵、氧化鋅、硫化鋅、砷化銦鎵、銻化銦、鍺、釔鋇氧化物、稀土氧化物、氧化鎂以及其它半導(dǎo)體、氧化物和液相的金屬間化合物。考慮到說(shuō)明書(shū)以及實(shí)踐本文中披露的發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以顯而易見(jiàn)本發(fā)明的其它實(shí)施方案。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例只應(yīng)視為示意性的，本發(fā)明的真正范圍和實(shí)質(zhì)由以下的權(quán)利要求所確定。權(quán)利要求1.一種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁；并且通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成包含單晶硅的固體實(shí)體，所述固體實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，該固-液界面至少在初期與所述至少一個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)。2.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述放置進(jìn)一步包括在坩堝的底部放置所述至少一個(gè)硅籽晶，以及進(jìn)一步地，其中所述冷卻使固-液界面在離開(kāi)坩堝底部的方向上移動(dòng)，同時(shí)保持與所述至少一個(gè)冷卻壁平行的所述邊緣。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括放置所述至少一個(gè)籽晶以使特定的極方向垂直于坩堝的底部。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述放置熔融硅進(jìn)一步包括在與坩堝分開(kāi)的熔融容器中將硅原料熔融，將坩堝和硅加熱到硅的熔融溫度，控制所述加熱以使坩堝中的所述至少一個(gè)籽晶不完全熔融，并將熔融硅從熔融容器轉(zhuǎn)移到坩堝中。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括形成所述實(shí)體的一部分以包括所述至少一個(gè)籽晶。7.—種鑄硅制造方法，其包括在坩堝的至少一個(gè)表面上放置包含單晶硅的幾何排列的許多硅籽晶，所述坩堝具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁，其中所述幾何排列包括緊密堆積的多邊形；放置與幾何排列的硅籽晶接觸的熔融硅；并且通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成包含單晶硅的固體實(shí)體，所述固體實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，該固液界面與所述至少---個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)。8.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求7所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片—h形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。9.一種鑄硅制造方法，其包括按預(yù)定的圖案在坩堝的至少兩個(gè)表面上放置包含單晶硅的許多硅籽晶；放置與單晶硅籽晶接觸的熔融硅；以及通過(guò)從坩堝的所述至少兩個(gè)表面冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成包含單晶硅的固體實(shí)體，所述固體實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在冷卻期間控制熔融硅邊緣處的固-液界面，從而使該界面在增大熔融硅與坩堝的所述至少兩個(gè)表面之間距離的方向上移動(dòng)。10.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求9所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。11.一種鑄硅制造方法，其包括在至少一個(gè)表面上放置與包含單晶硅的至少一個(gè)硅籽晶接觸的硅原料；將硅原料和所述至少一個(gè)硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制所述加熱，使所述至少一個(gè)硅籽晶不完全熔融，所述控制包括在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約o.rc/分鐘或更?。灰约?，一旦所述至少-一個(gè)硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻硅來(lái)形成包含單晶硅的固體實(shí)體。12.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括:提供根據(jù)權(quán)利要求11所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。13.根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的方法，其中所述放置進(jìn)一步包括在坩堝的底部放置所述至少一個(gè)硅籽曰曰曰14.根據(jù)權(quán)利要求9或ll所述的方法，其進(jìn)一步包括形成所述實(shí)體的部分以包括所述至少一個(gè)籽晶。15.—種鑄硅制造方法，其包括在坩堝的至少一個(gè)表面上放置包含單晶硅的幾何排列的許多硅籽晶，其中所述幾何排列包括緊密堆積的多邊形；放置與所述至少一個(gè)表面上的所述許多硅籽晶接觸的硅原料；將硅原料和所述許多硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制所述加熱，使得所述許多籽晶不完全熔融，所述控制包括在柑堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘或更?。灰约?，一旦所述至少一個(gè)硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻硅來(lái)形成包含單晶硅的固體實(shí)體。16.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求15所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié);任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少--層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。17.—種鑄硅制造方法，其包括按預(yù)定的圖案在坩堝的至少兩個(gè)表面上布置包含單晶硅的許多硅籽品；放置與所述至少兩個(gè)表面上的所述許多硅籽晶接觸的硅原料；將硅原料和所述許多硅籽晶加熱到硅的熔融溫度；控制所述加熱，使得所述許多硅籽晶不完全熔融，所述控制包括在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，使在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘或更小；以及，一旦至少一個(gè)單晶硅籽晶部分熔融，通過(guò)冷卻硅來(lái)形成包含單晶硅的固體實(shí)體。18.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求17所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。19.一種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁，所述至少-一個(gè)硅籽晶布置成覆蓋所述容器表面的全部或基本上全部區(qū)域；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成包含單晶硅的固體實(shí)體，所述固體實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸。20.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求19所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。21.根據(jù)權(quán)利要求1、7、9、11、15、17或19所述的方法制造的太陽(yáng)能電池。22.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7-12或15-19所述的方法，其中所述冷卻包括使用散熱材料對(duì)水冷壁散熱。23.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7-12或15-19所述的方法，其進(jìn)一步包括形成基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷的實(shí)體。24.根據(jù)權(quán)利要求l、7、9、11、15、17或19所述的方法，其進(jìn)-一步包括形成具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸的晶片。25.根據(jù)權(quán)利要求2、8、10、12、16、18或20所述的方法，其進(jìn)一步包括形成具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸的晶片。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進(jìn)一步包括形成基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷的實(shí)體。27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包括形成基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷的實(shí)體。28.根據(jù)權(quán)利要求7-12或15-18所述的方法，其進(jìn)一步包括形成所述實(shí)體的一部分以包括所述許多籽晶。29.根據(jù)權(quán)利要求7-10和15-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述放置熔融硅進(jìn)一步包括在與坩堝分開(kāi)的熔融容器中將硅原料熔融，將柑堝和硅加熱到硅的熔融溫度，控制所述加熱，使坩堝中的所述許多籽晶不完全熔融，以及將熔融硅從熔融容器轉(zhuǎn)移到坩堝中。30.根據(jù)權(quán)利要求l、2、11、12、19和20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述放置熔融硅進(jìn)一步包括在與坩堝分開(kāi)的熔融容器中將硅原料熔融，將坩堝和硅加熱到硅的熔融溫度，控制所述加熱，使坩堝中的所述至少一個(gè)籽晶不完全熔融，以及將熔融硅從熔融容器轉(zhuǎn)移到坩堝中。31.根據(jù)權(quán)利要求7、8、15或16中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括布置所述許多籽晶，使在籽晶中的共極方向垂直于坩堝的底部。32.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7-12或15-20中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)--步包括使用從按所述方法先前鑄造的硅實(shí)體上切下的籽晶形成硅的另一固體實(shí)體。33.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述放置熔融硅進(jìn)--步包括將坩堝和硅加熱到硅的熔融溫度，控制所述加熱，使得在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約0.1。C/分鐘或更小。34.根據(jù)權(quán)利要求1、2、19和20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述放置熔融硅進(jìn)一步包括將坩堝和硅加熱到硅的熔融溫度，控制所述加熱，使得在坩堝中別處達(dá)到硅的熔融溫度后，在坩堝的外表面上測(cè)量的AT保持在約o.rc/分鐘或更小。35.根據(jù)權(quán)利要求9、11或18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)-一步包括布置所述許多籽晶，使在籽晶中的共極方向垂直于坩堝的所述至少兩個(gè)表面中的一個(gè)，從而在坩堝的所述至少兩個(gè)表面之間不形成晶界。36.根據(jù)權(quán)利要求9、11或18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括布置所述許多籽晶，使最多六個(gè)籽晶的邊緣在預(yù)定圖案的任意角處石口o37.根據(jù)權(quán)利要求9、11、17或18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括沿坩堝的所述至少一個(gè)表面布置六邊或八邊形取向的預(yù)定圖案。38.根據(jù)權(quán)利要求9、11、17或18中任一項(xiàng)所述的方法，其中坩堝的所述至少兩個(gè)表面垂直。39.根據(jù)權(quán)利要求的1、7、9、11、15、17或19中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括使用浸量尺監(jiān)視熔融的進(jìn)程。40.根據(jù)權(quán)利要求l、7、9、11、15、17或19中任-一項(xiàng)所述的方法，其中所述形成包括形成單晶硅或近單晶硅的固體實(shí)體。41.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述放置包括布置所述至少一個(gè)硅籽晶以覆蓋容器表面的全部或基本上全部區(qū)域。42.—種連續(xù)單晶硅實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，并具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。43.—種連續(xù)單晶硅實(shí)體，其具有約2xl0'"桌子/cn^至約5xl017原子/cn的碳濃度、不超過(guò)5xlO"原子/ci^的氧濃度、至少1><1015原子/cm3的氮濃度，并具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm第三尺寸。44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的實(shí)體，其中所述實(shí)體不含或基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷。45.—種連續(xù)鑄造單晶硅實(shí)體，其具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸。46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的實(shí)體，其中所述實(shí)體不含或基本不含徑向分布的缺陷。47.—種太陽(yáng)能電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求42或45所述的硅實(shí)體。48.—種太陽(yáng)能電池，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的連續(xù)單晶硅實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；所述晶片中的p-n結(jié)；所述晶片表面上任選的抗反射涂層；任選選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及所述晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的太陽(yáng)能電池，其中所述實(shí)體不含或基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷。50.—種太陽(yáng)能電池，其包括由連續(xù)鑄造單晶硅實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸；所述晶片中的p-n結(jié)；所述晶片表面上任選的抗反射涂層；任選選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及所述晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的太陽(yáng)能電池，其中所述實(shí)體不含或基本不含徑向分布的缺陷。52.—種太陽(yáng)能電池，其包括由連續(xù)鑄造單晶硅實(shí)體形成的連續(xù)單晶硅晶片，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸；所述晶片中的p-n結(jié)；所述晶片表面上任選的抗反射涂層；任選選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及所述晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的太陽(yáng)能電池，其中所述晶片不含或基本不含徑向分布的缺陷。54.—種晶片，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的連續(xù)單晶硅實(shí)體形成的硅，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。55.—種晶片，其包括由連續(xù)鑄造單晶硅實(shí)體形成的硅，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。56.—種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁以及至少一個(gè)冷卻壁；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成近單晶硅的固體實(shí)體，所述固體實(shí)體任選具有各自為至少約10cm的至少兩個(gè)尺寸，其中所述形成包括在熔融硅的邊緣處形成固-液界面，該固-液界面至少在初期與所述至少一個(gè)冷卻壁平行，在冷卻期間控制所述界面，從而使該界面在增大熔融硅與所述至少一個(gè)冷卻壁之間距離的方向上移動(dòng)。57.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求56所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施紋飾步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。58.—種鑄硅制造方法，其包括在容器中放置與至少一個(gè)硅籽晶接觸的熔融硅，所述容器具有被加熱到至少為硅的熔融溫度的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁，所述至少一個(gè)硅籽晶布置成覆蓋所述容器表面的全部或基本上全部區(qū)域；以及通過(guò)冷卻熔融硅以控制結(jié)晶，形成近單晶硅的固體實(shí)體，其任選具有各自為至少約lOcm的至少兩個(gè)尺寸。59.—種太陽(yáng)能電池制造方法，其包括提供根據(jù)權(quán)利要求58所述的鑄硅實(shí)體；由所述實(shí)體形成至少一個(gè)晶片；任選在所述晶片表面上實(shí)施清洗步驟；任選在所述表面上實(shí)施整理步驟；形成p-n結(jié)；任選在所述表面上沉積抗反射涂層；任選形成選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及在所述晶片上形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。60.—種近單晶硅實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。61.—種近單晶硅實(shí)體，其具有約2xl0"原子/cn^至約5xlO"原子/cii^的碳濃度、不超過(guò)5><1017原子/"113的氧濃度、至少lxlO's原子/cm3的氮濃度，具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的實(shí)體，其中所述實(shí)體不含或基本不含漩渦缺陷以及基本不含氧致堆垛層錯(cuò)缺陷。63.—種連續(xù)鑄造近單晶硅實(shí)體，其具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸。64.—種太陽(yáng)能電池，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的近單晶硅實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第:三尺寸；所述晶片中的p-n結(jié)；所述晶片表面上任選的抗反射涂層；任選選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及所述晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。65.-—種太陽(yáng)能電池，其包括由鑄造近單晶硅的實(shí)體形成的晶片，所述實(shí)體具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸；所述晶片中的p-n結(jié)；所述晶片表面上任選的抗反射涂層；任選選自背面電場(chǎng)和鈍化層的至少一層；以及所述晶片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。66.—種晶片，其包括由不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷的近單晶硅實(shí)體形成的硅，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。67.—種晶片，其包括由鑄造近單晶硅的實(shí)體形成的硅，所述晶片具有至少約50mm的至少一個(gè)尺寸，所述實(shí)體具有各自為至少約25cm的至少兩個(gè)尺寸和至少約20cm的第三尺寸。68.—種硅，其由按權(quán)利要求l、7、9、11、15、17或19中任-項(xiàng)所述的方法制備。69.—種晶片，其由按權(quán)利要求l、7、9、11、15、17或19中任一項(xiàng)所述的方法制備。70.—個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池，其包括按權(quán)利要求1、7、9、11、15、17或19中任一項(xiàng)所述的方法制備的硅。全文摘要提供了鑄造用于光電池及其它應(yīng)用中的鑄硅的方法及裝置。采用這種方法及裝置，可以形成單晶硅的鑄造實(shí)體，其不含或基本不含徑向分布的雜質(zhì)和缺陷，具有各自為至少約35cm的至少兩個(gè)尺寸。文檔編號(hào)H01L31/18GK101370970SQ200780002763公開(kāi)日2009年2月18日申請(qǐng)日期2007年1月18日優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日發(fā)明者內(nèi)森·G·斯托達(dá)德申請(qǐng)人:Bp北美公司