多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多晶硅錠的制備方法，該方法以拼接鋪設(shè)的高純多晶硅料為形核劑，再通過定向凝固法來生產(chǎn)多晶硅錠，該方法形核可控性強(qiáng)，避免了硅料在空隙中部分形核導(dǎo)致位錯(cuò)增多的問題，能夠有效抑制位錯(cuò)的增殖，從而獲得高質(zhì)量的多晶硅錠。本發(fā)明同時(shí)提供了通過該制備方法獲得的晶粒細(xì)小均勻、晶向集中的高質(zhì)量多晶硅錠，以及利用所述多晶硅錠制備獲得的多晶硅片；所述多晶硅片尾部位錯(cuò)團(tuán)少，頭部位錯(cuò)增值少，質(zhì)量優(yōu)良。
【專利說明】多晶娃錠及其制備方法和多晶娃片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶娃的制造技術(shù)，尤其涉及多晶娃淀及其制備方法和多晶娃片。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多晶硅錠的制備方法主要為采用GTSolar所提供的定向凝固系統(tǒng)法(簡稱DSS)爐晶體生長技術(shù)，該方法通常包括加熱、熔化、凝固長晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長晶過程中，伴隨著坩堝底部的持續(xù)冷卻，熔融狀態(tài)的硅料自發(fā)形成隨機(jī)形核并且隨機(jī)形核逐漸生長。DSS生長技術(shù)可生長大的多晶硅錠，因而多晶硅的產(chǎn)量高；但是，現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)出的多晶硅錠中的雜質(zhì)含量和缺陷密度都較高，這就直接影響了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0003]研究人員報(bào)道了一種通過在多晶硅錠生長爐內(nèi)的容器底部鋪設(shè)籽晶來生長類單晶的方法，該方法制備得到的硅錠晶體相對(duì)于使用DSS方法制得的硅錠晶體提高了質(zhì)量。然而，該方法具有以下缺點(diǎn):(I)鋪設(shè)了大量的連續(xù)的大尺寸的單晶作為籽晶，而所述的大尺寸的單晶需要從單晶主體上切割獲得且保持形狀完整，因此，籽晶的來源范圍窄且成本高昂，不適于大規(guī)模生產(chǎn)；(2)所述籽晶內(nèi)部沒有晶界，因此容易引入新的位錯(cuò)，且位錯(cuò)容易增殖，從而降低多晶硅錠的質(zhì)量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)還公開了采用單晶或多晶硅碎片作為籽晶生產(chǎn)多晶硅錠的方法，可是細(xì)碎料之間因形狀不規(guī)則，容易出現(xiàn)大量空隙?？障吨行纬傻木Я＞螂S機(jī)性強(qiáng)，在定向凝固晶體生長過程中，更容易產(chǎn)生位錯(cuò)?，F(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)多晶硅錠的主要缺點(diǎn)包括:形成的細(xì)晶粒大小不均勻；晶向較隨機(jī)；尾部硅片位錯(cuò)多，容易出現(xiàn)位錯(cuò)團(tuán)；頭部硅片位錯(cuò)增值快，位錯(cuò)比例高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種多晶硅錠的制備方法，該方法以拼接鋪設(shè)的高純多晶硅料為形核劑，再通過定向凝固法來生產(chǎn)多晶硅錠，該方法形核可控性強(qiáng)，避免了硅料在空隙中部分形核導(dǎo)致位錯(cuò)增多的問題，能夠有效抑制位錯(cuò)的增殖，從而獲得高質(zhì)量的多晶硅錠。本發(fā)明同時(shí)提供了通過該制備方法獲得的晶粒細(xì)小均勻、晶向集中的高質(zhì)量多晶硅錠，以及利用所述多晶硅錠制備獲得的多晶硅片；所述多晶硅片尾部位錯(cuò)團(tuán)少，頭部位錯(cuò)增值少，質(zhì)量優(yōu)良。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟:
[0007]( I)在坩堝底部制備涂層；
[0008](2)在所述涂層上鋪設(shè)底面規(guī)整的多晶硅料塊作為籽晶，形成籽晶層，所述涂層將所述籽晶層與所述坩堝底部隔離；所述籽晶為無摻雜劑、純度在99.99%以上的高純硅料；
[0009](3)在所述籽晶層的上方設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料，并控制所述籽晶層不被完全熔化；
[0010](4)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得所述熔融狀態(tài)的硅料在未熔化的籽晶上結(jié)晶生長，制得多晶硅錠。
[0011]步驟(2)中所述底面規(guī)整的意義為:底面平整且形狀規(guī)則。
[0012]步驟(2)中所述籽晶為西門子法氣相沉積生產(chǎn)的純度在99.99%以上的高純硅料。
[0013]步驟(2)中所述籽晶還可以為由西門子法、硅烷熱分解法、四氯化硅氫還原法或其他化學(xué)氣相沉積法中沉積的純度在99.99%以上的高純硅粉經(jīng)過等靜壓方法處理得到的多晶娃棒。
[0014]步驟(2)中所述摻雜劑為在單晶硅錠或者多晶硅錠制備過程中根據(jù)目標(biāo)電阻率加入硅料中的物質(zhì)，包括P型摻雜劑和N型摻雜劑。
[0015]所述多晶硅錠的制備方法中先制備涂層，所述涂層可以將籽晶層與坩堝底部隔離，來減少反應(yīng)粘連使鑄錠順利脫模，并能夠有效避免坩堝底部的雜質(zhì)滲入到籽晶層和后續(xù)添加的硅料中，從而降低了多晶硅錠中的雜質(zhì)含量，使多晶硅錠的質(zhì)量得到保證。
[0016]西門子法氣相沉積生產(chǎn)的高純硅料純度在99.99%以上，不含摻雜劑、電阻率高；正是由于沒有摻雜劑的加入，使得高純硅料中的雜質(zhì)缺陷少，位錯(cuò)產(chǎn)生的可能性低，以此作為形核劑更容易生長出結(jié)晶良好、缺陷少、質(zhì)量好的多晶硅錠；而且所述西門子法高純硅料為結(jié)晶態(tài)，晶粒細(xì)小均勻，晶向集中，每個(gè)晶粒都是尚未生長完善的單晶，強(qiáng)烈趨向于長成完美晶格的單晶，所以反應(yīng)活性高，因此原料硅液可以在此基礎(chǔ)上繼承晶格高效生長得到多晶硅；另一方面，晶粒小意味著晶界多，而晶界可以抑制位錯(cuò)滑移，阻止位錯(cuò)增殖擴(kuò)展，有利于降低位錯(cuò)密度，從而獲得高質(zhì)量的多晶硅錠。
[0017]所述等靜壓處理得到的多晶硅棒的本質(zhì)為高純硅粉(純度在99.99%以上，不含摻雜劑)的致密堆積體，將高純硅粉經(jīng)等靜壓處理制成多晶硅棒，可以有效避免高純硅粉的表面氧化帶來的負(fù)面影響，鑒于此，以高純多晶硅料塊為籽晶實(shí)際上是以高純硅粉為籽晶，所述高純硅粉的粒徑小，雜質(zhì)含量`低，位錯(cuò)少，活性高，每個(gè)硅粉顆?？梢钥醋鍪枪铝⒌募?xì)晶硅的團(tuán)簇，其優(yōu)異性能可與原料硅液經(jīng)均相成核形成的晶核相媲美，原料硅液可以直接在晶核表面快速生長得到多晶硅錠。
[0018]優(yōu)選地，步驟(1)中所述坩堝為方形坩堝。
[0019]優(yōu)選地，步驟(1)中所述坩堝為陶瓷坩堝、石英坩堝、石墨坩堝、氮化硅坩堝、碳化娃坩堝、鑰坩堝或鶴坩堝。
[0020]更優(yōu)選地，所述坩堝為石英坩堝。
[0021]優(yōu)選地,步驟(2)中所述籽晶層的厚度為5mm~30mm。
[0022]優(yōu)選地，步驟(2)中所述底面規(guī)整的多晶硅料塊的底面形狀為正方形、長方形、三角形或圓形。
[0023]更優(yōu)選地，所述三角形為直角三角形。
[0024]西門子法氣相沉積生產(chǎn)的高純硅料經(jīng)過開方切割制成底面形狀為正方形、長方形或二角形的多晶娃料塊。
[0025]經(jīng)過等靜壓法處理得到的多晶硅棒，結(jié)合實(shí)際需求，可經(jīng)過后續(xù)加工制成底面形狀為正方形、長方形或三角形的多晶硅料塊。
[0026]所述多晶硅料塊包括相互垂直的側(cè)面和底面，要求底面規(guī)整，并與所述坩堝底部平行；但不限定多晶硅料塊上表面的形狀，上表面可以與底面平行，也可以凹凸不平。
[0027]步驟(4)中所述熔融狀態(tài)的硅料在未熔化的籽晶上結(jié)晶生長，籽晶多晶硅料塊在步驟(3)中會(huì)部分熔融，直至在所述籽晶層與硅料之間形成規(guī)則的固液界面，所以多晶硅料塊的上表面是否規(guī)整對(duì)于最終制得的多晶硅錠的質(zhì)量沒有太大影響。
[0028]優(yōu)選地，步驟(2)中所述籽晶層的形成過程為:所述多晶硅料塊相互拼接鋪設(shè)，盡量保證拼接處縫隙最小，以覆蓋所述涂層上方大部分區(qū)域，形成籽晶層。
[0029]所述底面形狀為三角形的多晶硅料塊相互拼接鋪設(shè)時(shí)，先將三角形兩兩互補(bǔ)拼接成平行四邊形，再將平行四邊形互相拼接在一起，使得多晶硅料塊與多晶硅料塊之間的縫隙最小。
[0030]更優(yōu)選地，所述三角形為直角三角形。
[0031]底面形狀為正方形、長方形或三角形的多晶硅料塊相互拼接鋪設(shè)，所述硅料塊與硅料塊之間的縫隙很小，可以有效避免硅料在縫隙中部分形核導(dǎo)致位錯(cuò)增多的問題，形核可控性強(qiáng)，能夠有效抑制位錯(cuò)的增殖，從而獲得高質(zhì)量的多晶硅錠。
[0032]當(dāng)采用底面形狀為圓形的多晶硅料塊作為籽晶時(shí)，拼接方式為陣列式拼接或者最緊密堆積方式拼接。
[0033]所述最緊密堆積是指晶體學(xué)中的面心立方最緊密堆積或六方最緊密堆積。
[0034]優(yōu)選地，當(dāng)所述多晶硅料塊的底面形狀為圓形時(shí)，步驟(2)進(jìn)一步包括，采用小尺寸多晶硅料填充所述多晶硅料塊之間的空隙，所述小尺寸多晶硅料為西門子法生產(chǎn)的純度在99.99%以上的底面直徑為3mm~30mm的多晶硅圓棒，或者為西門子法生產(chǎn)的多晶硅圓棒經(jīng)破碎得到的無規(guī)則小塊硅料，或者為純度在99.99%以上的硅粉。
[0035]當(dāng)采用底面形狀為圓形的多晶硅料塊進(jìn)行拼接鋪設(shè)，硅料塊與硅料塊之間的空隙用小尺寸高純多晶硅棒填充，經(jīng)小尺寸多晶硅棒填充后的剩余空隙再用高純硅粉填充，該鋪設(shè)方式的空隙度要高于底面形狀為正方形、長方形或三角形的多晶硅料塊拼接，空隙區(qū)域形核可控性較差，晶向隨機(jī)性強(qiáng)，但是圓棒狀籽晶加工成本更低，更方便，更有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0036]優(yōu)選地，步驟(3)中所述在籽晶層的上方設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料為:將固態(tài)硅料裝載到所述籽晶層的上方，然后對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝頂部溫度高于硅的熔點(diǎn)，坩堝底部溫度低于硅的熔點(diǎn)，形成垂直于坩堝底部的溫度梯度，使所述坩堝中的固態(tài)硅料從上往下依次熔化，此時(shí)，所述熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置于所述籽晶層的上方。
[0037]優(yōu)選地，步驟(3)中所述在籽晶層的上方設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料為:在另外一個(gè)坩堝內(nèi)裝載固態(tài)硅料，然后對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝內(nèi)的溫度高于硅的熔點(diǎn)，制得熔融狀態(tài)的硅料，將所述熔融狀態(tài)的硅料澆鑄至所述鋪設(shè)有籽晶層的坩堝內(nèi)，此時(shí)，所述熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置于所述籽晶層的上方。
[0038]優(yōu)選地,所述固態(tài)娃料為Hemlock, Wacker,保利協(xié)鑫，OCI等公司生產(chǎn)的多晶純料。
[0039]優(yōu)選地，步驟(3)中所述控制籽晶層不被完全熔化為:對(duì)設(shè)置有熔融狀態(tài)的硅料的坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝頂部溫度高于硅的熔點(diǎn)，坩堝底部溫度低于硅的熔點(diǎn)，形成垂直于坩堝底部的溫度梯度，使所述籽晶層部分熔化，直至在所述籽晶層和所述硅料之間形成規(guī)則的固液界面，其中未熔化的籽晶層占步驟(2)中鋪設(shè)的所述籽晶層的總體積的5%~95%。
[0040]第二方面，本發(fā)明提供了多晶硅錠，所述多晶硅錠按照前述多晶硅錠的制備方法制得。所述所述多晶硅錠的晶粒細(xì)小均勻、晶向集中。
[0041]第三方面，本發(fā)明提供了多晶硅片，所述多晶硅片為以前述多晶硅錠為原料進(jìn)行開方-切片-清洗后制得。所述多晶硅片尾部位錯(cuò)團(tuán)少，頭部位錯(cuò)增值少，質(zhì)量優(yōu)良。
[0042]所述多晶硅片可以應(yīng)用于太陽能電池的制備，所述太陽能電池包括:
[0043]前述多晶硅片；
[0044]所述多晶硅片中的P-N結(jié)；
[0045]所述多晶硅片上的導(dǎo)電觸點(diǎn)。
[0046]所述太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率高。
[0047]本發(fā)明提供的多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片，具有以下有益效果:
[0048](I)本發(fā)明提供的多晶硅錠的晶粒細(xì)小均勻、晶向集中、位錯(cuò)密度低，質(zhì)量高；
[0049](2)本發(fā)明提供的多晶硅錠的制備方法以拼接鋪設(shè)的高純多晶硅料為形核劑，再通過定向凝固法來生產(chǎn)多晶硅錠，該方法形核可控性強(qiáng)，避免了硅料在空隙中部分形核導(dǎo)致位錯(cuò)增多的問題，能夠有效抑制位錯(cuò)的增殖，從而獲得高質(zhì)量的多晶硅錠；
[0050](3)本發(fā)明提供的多晶硅片適用于制備太陽能電池，制得的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1為本發(fā)明實(shí)施`例1制備方法的流程示意圖；
[0052]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中籽晶鋪設(shè)方式的俯視圖；
[0053]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中裝載有固態(tài)硅料的石英坩堝的剖面圖；
[0054]圖4和圖5分別為本發(fā)明實(shí)施例1制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖；
[0055]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中籽晶鋪設(shè)方式的俯視圖；
[0056]圖7和圖8分別為本發(fā)明實(shí)施例2制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖；
[0057]圖9和圖10分別為對(duì)比例制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖。【具體實(shí)施方式】
[0058]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0059]實(shí)施例1
[0060]一種多晶硅錠的制備方法，該方法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟:
[0061 ] ( I)在石央樹禍底部嗔涂聞純氣化娃涂層；
[0062](2)在所述涂層上鋪設(shè)多晶硅料塊作為籽晶，形成籽晶層，所述涂層將籽晶層與坩禍底部隔尚;
[0063]所述籽晶層可以為與坩堝底部大小和形狀基本相同的大塊多晶硅料塊，也可以由多塊多晶硅料塊拼接形成，若是后者，為了鋪設(shè)過程的方便以及滿足完整平鋪的需要，使拼貼形成的籽晶間的縫隙盡可能小，以保證多晶硅錠的質(zhì)量，所述多晶硅料塊的底部形狀優(yōu)選為正方形、長方形和直角三角形，更優(yōu)選為正方形，所述底面形狀為正方形、長方形和直角三角形的多晶純料塊是西門子法氣相沉積制備的高純硅料經(jīng)開方切割而成，多晶硅料塊的上表面不做限定，可以平整規(guī)則，也可以凹凸不平；所述多晶硅料塊的鋪設(shè)方式為相互拼接鋪設(shè)，所述籽晶層應(yīng)與所述坩堝底部(即涂層平面)保持基本平行或近似平行，圖2為本實(shí)施例中籽晶鋪設(shè)方式的俯視圖，其中101為坩堝，102為籽晶；本實(shí)施例中也不具體限定所述籽晶層的厚度，以具體生產(chǎn)過程和生產(chǎn)條件而定，優(yōu)選的，所述籽晶層的厚度為5mm~30mm ；
[0064](3)將固態(tài)硅料裝載到所述籽晶層的上方，圖3為本實(shí)施例中裝載有固態(tài)硅料的石英坩堝的剖面圖，其中，101為坩堝，202為籽晶層，203為固態(tài)硅料；對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝頂部溫度高于硅的熔點(diǎn)，坩堝底部溫度低于硅的熔點(diǎn)，形成垂直于坩堝底部的溫度梯度，使所述坩堝中的固態(tài)硅料從上往下依次熔化，此時(shí)，熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置在所述籽晶層的上方，繼續(xù)對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱，使得所述籽晶層不被完全熔化，并形成規(guī)則的固液界面，其中未熔化部分占步驟(2)中鋪設(shè)的所述籽晶層的總體積的65% ；
[0065](4)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得所述熔融狀態(tài)的硅料在未熔化的籽晶上結(jié)晶生長，制得多晶硅錠。
[0066]取本實(shí)施例制得的多晶硅錠為原料，依次經(jīng)過開方、切片、清洗后制得多晶硅片。
[0067]本實(shí)施例所制得的多晶硅錠的位錯(cuò)密度為3X IO2個(gè)/cm2，少子壽命為30微秒(us) ο
[0068]圖4和圖5分別為本實(shí)施例制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖；由圖4可以看出，本實(shí)施例制得的多晶硅片的尾部硅片中晶粒細(xì)小均勻，位錯(cuò)團(tuán)很少；由圖5可知，尾部硅片較頭部硅片晶粒尺寸變大，粒徑分布仍比較均勻，位錯(cuò)密度較頭部硅片略有增大，但是位錯(cuò)增值較少?？傮w而言，本實(shí)施例制得的多晶硅片中的位錯(cuò)密度較少，這與本發(fā)明提供的多晶硅錠的制備方法以及籽晶的選擇和排列方式密切相關(guān)。
[0069]利用本實(shí)施例制得的多晶硅片制備太陽能電池，制得的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18.1%。
[0070]實(shí)施例2
[0071]一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟:
[0072]( I)在石英坩堝底部噴涂高純氮化硅涂層；
[0073](2)在所述涂層上鋪設(shè)多晶硅料塊作為籽晶，形成籽晶層，所述涂層將籽晶層與坩禍底部隔尚;
[0074]所述多晶硅料塊為西門子法氣相沉積生產(chǎn)的高純多晶硅棒的切割片段，高純多晶硅棒的鋪設(shè)方式為陣列式相互拼接鋪設(shè)，圓棒與圓棒之間的空隙用合適尺寸的小高純多晶硅棒填充，所述籽晶層應(yīng)與所述坩堝底部(即涂層平面)保持基本平行或近似平行，圖6為本實(shí)施例中籽晶鋪設(shè)方式的俯視圖，其中，601為坩堝，602為大高純多晶硅棒，603為小高純多晶硅棒，直徑在3_~30_ ;本實(shí)施例中也不具體限定所述籽晶層的厚度，以具體生產(chǎn)過程和生產(chǎn)條件而定，優(yōu)選的，所述籽晶層的厚度為5_~30_ ；
[0075](3)在另外一個(gè)坩堝內(nèi)裝載固態(tài)硅料，然后對(duì)坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝內(nèi)的溫度高于硅的熔點(diǎn)，制得熔融狀態(tài)的硅料，將所述熔融狀態(tài)的硅料澆鑄至所述鋪設(shè)有籽晶層的石英坩堝內(nèi)，此時(shí)，所述熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置于所述籽晶層的上方，繼續(xù)對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱，使得所述籽晶層不被完全熔化，在所述籽晶層與所述原料硅液之間形成與所述坩堝底部平行的固液界面，其中未熔化部分占步驟(2)中鋪設(shè)的所述籽晶層的總體積的65% ；
[0076](4)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得所述熔融狀態(tài)的硅料在所述籽晶上結(jié)晶生長，制得多晶硅錠。
[0077]取本實(shí)施例制得的多晶硅錠為原料，依次經(jīng)過開方、切片、清洗后制得多晶硅片。
[0078]本實(shí)施例所制得的多晶硅錠的位錯(cuò)密度為5X IO2個(gè)/cm2，少子壽命為28微秒(us) ο
[0079]圖7和圖8分別為本實(shí)施例制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖；由圖7可以看出，本實(shí)施例制得的多晶硅片的尾部硅片中晶粒細(xì)小均勻，位錯(cuò)團(tuán)少；由圖8可知，尾部硅片較頭部硅片晶粒尺寸變大，粒徑分布還算均勻，位錯(cuò)密度較頭部硅片有增大，位錯(cuò)增值少。總體而言，本實(shí)施例制得的多晶硅片中的位錯(cuò)密度比實(shí)施例1制備的多晶硅片中的位錯(cuò)密度要大，粒徑均勻性略差，這主要?dú)w因于圓棒與圓棒之間的空隙較大，雖然空隙中填充有小硅棒，但是空隙在所難免，小硅棒之間的空隙區(qū)域形核可控性差，晶向隨機(jī)性強(qiáng)，導(dǎo)致位錯(cuò)密度較高，但是本實(shí)施例中籽晶層的加工成本更低，更方便，有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。
[0080]利用本實(shí)施例制得的多晶硅片制備太陽能電池，制得的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18%。
[0081]對(duì)比例
[0082]多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟:
[0083](I)在石英坩堝底`部隨意鋪設(shè)籽晶，形成籽晶層，所述籽晶的晶向不限；
[0084]其中，籽晶為半導(dǎo)體制備方法中產(chǎn)生的單晶碎片，籽晶為片狀單晶，其最大邊長度為20mm，位錯(cuò)密度≤IO3個(gè)/cm2，籽晶層的厚度為50mm。
[0085](2)在籽晶層上方裝載固態(tài)硅料，控制坩堝底部溫度低于籽晶的熔點(diǎn)，使得籽晶層不被完全熔化；
[0086]在籽晶層上方裝載固態(tài)硅料，對(duì)坩堝進(jìn)行加熱至1530°C使得硅料熔融，此時(shí)，熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置于籽晶層表面；坩堝底部溫度為1412°C，未熔化的籽晶層占步驟(1)中鋪設(shè)的籽晶層的60%。
[0087](3)控制坩堝內(nèi)的溫度沿垂直與坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得熔融狀態(tài)的硅料在未熔化的籽晶上繼承籽晶的晶向結(jié)構(gòu)進(jìn)行生長，制得多晶硅錠。
[0088]取本實(shí)施例制得的多晶硅錠為原料，依次經(jīng)過開方、切片、清洗后制得多晶硅片。
[0089]本實(shí)施例所制得的多晶硅錠的位錯(cuò)密度為1.5 X IO3~1.8 X IO3個(gè)/cm2，少子壽命為25微秒(us) ο
[0090]利用本實(shí)施例制得的多晶硅錠制得的多晶硅片適用于制備太陽能電池，制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為17.8%。
[0091]圖9和圖10分別為對(duì)比例制得的多晶硅片的尾部和頭部試樣的光致發(fā)光PL圖；由圖9可以看出，對(duì)比例制得的多晶硅片的尾部硅片中晶粒大小不均勻，晶向比較隨機(jī)，位錯(cuò)多，容易出現(xiàn)位錯(cuò)團(tuán)；由圖10可知，尾部硅片較頭部硅片晶粒尺寸也變大，粒徑分布更不均勻，位錯(cuò)密度較頭部硅片顯著增大，位錯(cuò)增值快。相比之下，實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的多晶硅片中晶粒粒徑細(xì)小均勻，位錯(cuò)密度更低，位錯(cuò)增值較少，所以本發(fā)明實(shí)施例制得的多晶硅片的質(zhì)量更高，所以制備的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率明顯增加。
[0092]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅錠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在坩堝底部制備涂層； (2)在所述涂層上鋪設(shè)底面規(guī)整的多晶硅料塊作為籽晶，形成籽晶層，所述涂層將所述籽晶層與所述坩堝底部隔離；所述籽晶為無摻雜劑、純度在99.99%以上的高純硅料； (3)在所述籽晶層的上方設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料，并控制所述籽晶層不被完全熔化； (4)控制所述坩堝內(nèi)的溫度沿垂直于所述坩堝底部向上的方向逐漸上升形成溫度梯度，使得所述熔融狀態(tài)的硅料在未熔化的籽晶上結(jié)晶生長，制得多晶硅錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述籽晶為西門子法氣相沉積生產(chǎn)的純度在99.99%以上的高純硅料，或者為由西門子法、硅烷熱分解法、四氯化硅氫還原法或其他化學(xué)氣相沉積法中沉積的純度在99.99%以上的高純硅粉經(jīng)過等靜壓方法處理得到的多晶硅棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述籽晶層的厚度為5_~30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述底面規(guī)整的多晶硅料塊的底面形狀為正方形、長方形、三角形或圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述三角形為直角三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述籽晶層的形成過程為:將所述多 晶硅料塊相互拼接鋪設(shè)，盡量保證拼接處縫隙最小，以覆蓋所述涂層上方的絕大部分區(qū)域，形成籽晶層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述多晶硅料塊的底面為圓形時(shí)，步驟(2)進(jìn)一步包括，采用小尺寸多晶硅料填充所述多晶硅料塊之間的空隙，所述小尺寸多晶硅料為西門子法生產(chǎn)的純度在99.99%以上的底面直徑為3mm~30mm的多晶硅圓棒，或者為西門子法生產(chǎn)的多晶硅圓棒經(jīng)破碎得到的無規(guī)則小塊硅料，或者為純度在99.99%以上的硅粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述在籽晶層的上方設(shè)置熔融狀態(tài)的硅料為:將固態(tài)硅料裝載到所述籽晶層的上方，然后對(duì)所述坩堝進(jìn)行加熱，控制坩堝頂部溫度高于硅的熔點(diǎn)，坩堝底部溫度低于硅的熔點(diǎn)，形成垂直于坩堝底部的溫度梯度，使所述坩堝中的固態(tài)硅料從上往下依次熔化，此時(shí)，所述熔融狀態(tài)的硅料設(shè)置于所述籽晶層的上方。
9.多晶硅錠，其特征在于，所述多晶硅錠按照如權(quán)利要求1~8中任一權(quán)利要求所述的制備方法制得。
10.多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片為以如權(quán)利要求9所述的多晶硅錠為原料進(jìn)行開方-切片-清洗后制得。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK103834994SQ201410092222
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】胡動(dòng)力, 陳紅榮, 何亮, 張學(xué)日, 鄢俊琦, 雷琦 申請(qǐng)人:江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司