CN102206857A - 111晶向铸锭硅单晶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种<111>晶向铸锭硅单晶及其制备方法，包括以下步骤：1)将<111>晶向单晶硅块紧密排列，铺满坩埚底部，然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；2)抽取真空，通入惰性气体，边抽真空边通入惰性气体；3)加热坩埚，使<111>晶向的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；4)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，<111>晶向单晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到<111>晶向的铸锭单晶硅。本发明能得到单晶比例高达95％以上的铸锭单晶，能显著降低用于制造太阳能电池的单晶硅成本。

Description

111晶向铸锭硅单晶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种<111>晶向铸锭硅单晶及其制备方法。

背景技术

光伏电池所用硅单晶都为<100>晶向，以在后续的碱制绒过程中获得金字塔结构的绒面。所用<100>晶向硅单晶均采用CZ法或FZ法制备。通过籽晶诱导来获得铸锭单晶是近年来新兴的一种单晶制备方法，已申请的相关专利有：(1)专利CN200910152970.2中提到采用<100>单晶硅作为籽晶来诱导生长柱状大晶粒的晶体硅，认为该种工艺能明显减少或消除当前普通铸锭多晶硅中能导致电池效率降低的晶界含量。(2)专利CN200910099991.2中该发明者提到采用定向凝固的方法来制备掺锗的单晶硅。(3)专利CN201010284738.7中发明者提出将中心开孔的石英片置于坩埚底部，石英片为梯形体结构，可节省籽晶用量。生长出来的是<100>晶向单晶。

上述专利所采用的籽晶均为<100>晶向，其目的是为了适应后续的碱制绒工艺，以方便获得金字塔型的绒面结构。但依靠<100>籽晶来诱导铸锭单晶体的生长并不能获得高比例的单晶，据目前的报道，诱生单晶的比例很难超过80％。究其原因，<100>作为硅晶体的非优先生长方向，在晶体生长的中后期，处于坩埚边缘位置的部分容易让位于<111>晶向生长。由于(111)晶面是硅晶体的原子密排面，晶面能量结合能最高，在普通的多晶铸锭工艺中，(111)晶面的晶粒比例高达80～95％。因此，如果采用<111>晶向的籽晶来诱导，可获得单晶比例高达95％以上的铸锭单晶。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种获得单晶比例高达95％以上的铸锭单晶硅的制备方法，单晶硅的晶体取向为<111>晶向，能有效解决<100>晶向难以获得高比例铸锭单晶硅的难题。

本发明所采用的技术方案为：一种<111>晶向铸锭硅单晶，所述的铸锭硅单晶的单晶比例大于或等于95％。

所述的<111>晶向铸锭硅单晶的制备方法包括以下步骤：

1)将<111>晶向单晶硅块紧密排列，铺满坩埚底部，然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；

2)抽取真空，通入惰性气体，边抽真空边通入惰性气体；

3)加热坩埚，使<111>晶向的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；

4)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，<111>晶向单晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到<111>晶向的铸锭单晶硅。

所述的步骤2)中通入的惰性气体为N₂或Ar。

本发明的有益效果是：能得到单晶比例高达95％以上的铸锭单晶，能显著降低用于制造太阳能电池的单晶硅成本，由<111>晶向的籽晶诱导生成的铸锭单晶切片后能使用于酸制绒工艺，制成的绒面能满足电池片的光反射率要求。

具体实施方式

实施例1

将尺寸为165×165mm的<111>单晶硅块紧密铺排在石英坩埚底部，单晶硅块厚20mm。将硅料120kg置于单晶硅块上面，掺入20mg的掺杂剂硼，再加入120kg硅料，实现装炉。将炉膛抽成真空，采用Ar做保护气体。设计热场， 使炉膛内的硅料部分温度达到1420℃以上并逐渐熔化，使炉膛内<111>单晶硅与硅料接触部分熔化10mm，与石英坩埚接触的10mm保持不熔化。最后，开启保温罩，使硅熔体从坩埚底部逐渐凝固，依靠<111>晶向籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到单晶硅比例达到98％的铸锭单晶。

本实施例得到的铸锭单晶开方切片后，采用酸制绒工艺，得到的电池片的平均转换效率比由<100>籽晶诱导得到的铸锭单晶高，比<100>酸制绒的高1.6％，比<100>碱制绒的高1％。

实施例2

将尺寸为150×150mm的<111>单晶硅块紧密铺排在石英坩埚底部，单晶硅块厚40mm。将硅料120kg置于单晶硅块上面，掺入20mg的掺杂剂硼，再加入120kg硅料，实现装炉。将炉膛抽成真空，采用Ar做保护气体。设计热场，使炉膛内的硅料部分温度达到1410℃以上并逐渐熔化，使炉膛内<111>单晶硅与硅料接触部分熔化20mm，与石英坩埚接触的20mm保持不熔化。最后，开启保温罩，使硅熔体从坩埚底部逐渐凝固，依靠<111>晶向籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到单晶硅比例达到100％的铸锭单晶。

本实施例得到的铸锭单晶开方切片后，采用酸制绒工艺，得到的电池片的平均转换效率比由<100>籽晶诱导得到的铸锭单晶高，比<100>酸制绒的高1.7％，比<100>碱制绒的高1.1％。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (3)

1.一种<111>晶向铸锭硅单晶，其特征在于：所述的铸锭硅单晶的单晶比例大于或等于95％。

2.一种<111>晶向铸锭硅单晶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将<111>晶向单晶硅块紧密排列，铺满坩埚底部，然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；

2)抽取真空，通入惰性气体，边抽真空边通入惰性气体；

3)加热坩埚，使<111>晶向的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；

4)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，<111>晶向单晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到<111>晶向的铸锭单晶硅。

3.如权利要求2所述的<111>晶向铸锭硅单晶的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中通入的惰性气体为N₂或Ar。