CN102703965A

CN102703965A - 一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法

Info

Publication number: CN102703965A
Application number: CN2012101418059A
Authority: CN
Inventors: 熊震; 付少永; 张驰
Original assignee: Changzhou Trina Solar Energy Co Ltd
Current assignee: Changzhou Trina Solar Energy Co Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，具有如下步骤：a)将一定厚度的单晶硅块紧密排列，作为诱导籽晶铺满坩埚底部；b)将边缘晶向与诱导籽晶晶向相同的单晶硅片填充在诱导籽晶缝隙中；c)然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；d)抽真空，通入惰性气体，边抽真空边通入惰性气体；e)加热坩埚，熔化硅料；f)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，诱导籽晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸锭单晶硅。本发明的有益效果是：通过单晶硅片填充诱导籽晶之间的缝隙，能使晶体缺陷降低50%以上，大大提高了铸锭单晶硅的晶体质量。

Description

一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法

技术领域

本发明涉及一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法。

背景技术

通过具有特定晶向的籽晶来诱导生长铸锭单晶硅是近年来在光伏硅电池领域得到了大幅应用的一种技术。

但是由于现有大规模商业化的单晶提拉技术最大只能得到直径为12英寸的单晶棒，开方切割后所能提供的籽晶面积较小，在边长为800mm的铸锭坩埚底部摆设时，必然会需要3~25块或更多的籽晶块。硅块属于脆性强、延展性很差的材料，在加工时很难保持表面的绝对平整，并且铸锭工艺中所用的陶瓷坩埚底部平整度较差，一般为20±2mm，在籽晶块摆放时必然会出现宽度为0.1~5mm的缝隙。在籽晶部分熔化过程中，缝隙处无籽晶，已熔化的硅液会填满籽晶的部分高度，当过冷度足够时优先结晶，形成大量的小晶粒，晶粒1~15mm，与籽晶块一起诱导晶体的定向生长，在缝隙处形成的小晶粒区域面积随晶锭高度的增加，区域逐渐增大，以先生长部分为底，后生长部分为顶，到顶部时该区域已蔓延到整个晶锭，形成了大量的小晶粒区，由所得硅片制备而成的电池性能随着该种小晶粒区域面积的增大而大幅降低。小粒径晶粒区域存在大量的微缺陷，会增加少子的复合速率，显著降低由其制备得到的电池的转换效率。该缺陷区域面积越大，硅晶体质量越差，如图1和2所示。

因此，控制籽晶缝隙处的小晶体诱导生长，对降低铸锭单晶晶体缺陷密度有着极其重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，改善铸锭单晶的质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，具有如下步骤：

a)将一定厚度的单晶硅块紧密排列，作为诱导籽晶铺满坩埚底部；

b)将边缘晶向与诱导籽晶晶向相同的单晶硅片填充在诱导籽晶缝隙中，填充的单晶硅片的数量依诱导籽晶缝隙的宽度而定；

c)然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；

d)抽真空，通入惰性气体；

e)加热坩埚，使作为诱导籽晶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；

f)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，诱导籽晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸锭单晶硅。

进一步限定，填充的单晶硅片的宽度w是诱导籽晶厚度h的50%~110%

具体地，诱导籽晶的厚度h为5~50mm。

具体地，单晶硅片的厚度t为0.1~2mm。

本发明的有益效果是：通过单晶硅片填充诱导籽晶之间的缝隙，能使晶体缺陷降低50%以上，大大提高了铸锭单晶硅的晶体质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有的铸锭生产中诱导籽晶的铺装结构示意图；

图2是现有的铸锭生产中诱导籽晶缝隙处诱导生长得到的硅片的光致发光检测图；

图3是本发明的诱导籽晶的铺装结构示意图；

图4是本发明中填充的单晶硅片的示意图；

图5是本发明的诱导籽晶缝隙处诱导生长得到的硅片的光致发光检测图；

图中，1.诱导籽晶，2.填充的单晶硅片。

具体实施方式

如图3和4所示，一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，具有如下步骤：

1、将厚度h为5~50mm的单晶硅块紧密排列，作为诱导籽晶1铺满坩埚底部；

2、将厚度t为0.1~2mm的单晶硅片填充在诱导籽晶1缝隙中，所填充的单晶硅片2的数量依诱导籽晶1缝隙的宽度而定，使原诱导籽晶1缝隙减少90%以上，所填充的单晶硅片2的宽度w是诱导籽晶1高度的50%~110%；

3、然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；

4、抽真空，通入惰性气体如N2、Ar，边抽真空边通入惰性气体；

5、加热坩埚，使作为诱导籽晶1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；

6、定向凝固时，使坩埚底部为冷端，诱导籽晶1的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸锭单晶硅。

实施例1、将尺寸为165×165mm的<100>晶向的单晶硅块紧密铺排在石英坩埚底部，作为诱导籽晶，诱导籽晶厚20mm。拼接后的诱导籽晶间存在0.1~5mm的缝隙，将厚度t为0.18mm、长宽为20×20mm的方形单晶硅片填满在缝隙中，方形单晶硅片的边缘晶向为<100>，即填充入诱导籽晶缝隙后的单晶硅片向上的晶向为<100>，与诱导籽晶的晶向一致。将210kg硅料置于诱导籽晶上面，掺入40mg的掺杂剂硼，在加上210kg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<100>诱导籽晶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<100>晶向的诱导籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到铸锭单晶。

相比由诱导籽晶缝隙中未填充单晶硅片所得的铸锭单晶，本实施例得到的铸锭单晶开方切片后的晶界密度降低60%，位错密度降低50%。

实施例2将尺寸为330×150mm的<111>晶向的诱导籽晶紧密铺排在石英坩埚底部，诱导籽晶的厚度h为40mm。拼接后的诱导籽晶间存在0.1~5mm的缝隙，将厚度t为0.3mm、长宽为20×20mm的方形单晶硅片与厚度t为0.15mm、长宽为20×20mm的方形单晶硅片混合填满在缝隙中，方形单晶硅片的边缘晶向为<111>，即填充入诱导籽晶缝隙后的单晶硅片向上的晶向为<111>，与诱导籽晶的晶向一致。将210kg硅料置于诱导籽晶上面，掺入40mg的掺杂剂硼，在加上210kg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>晶向的诱导籽晶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>晶向诱导籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到铸锭单晶。

相比由诱导籽晶缝隙中未填充单晶硅片所得的铸锭单晶，本实施例得到的铸锭单晶开方切片后的晶界密度降低70%，位错密度降低60%。

Claims

1.一种降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，其特征是：具有如下步骤：

c)然后依次将硅料、掺杂元素原料、硅料置于坩埚中；

d)抽真空，通入惰性气体；

2.根据权利要求1所述的降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，其特征是：所述的填充的单晶硅片的宽度w是诱导籽晶厚度h的50%~110%。

3.根据权利要求1所述的降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，其特征是：所述的诱导籽晶的厚度h为5~50mm。

4.根据权利要求1所述的降低铸锭硅单晶晶体缺陷的方法，其特征是：所述的单晶硅片的厚度t为0.1~2mm。