CN103060892A - 一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，用于定向凝固法类单晶硅铸锭，籽晶层由籽晶紧密排列而成，每两块籽晶拼接面上，至少一条所述拼接面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。本发明采用拼接面切向与平底坩埚底部平面的法线方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通过改变籽晶的形状来减少位错源、甚至减少多晶晶界的产生，实现全单晶，位错源少的类单晶生长。进而减少了硅片的位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。

Description

一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法

技术领域

本发明涉及硅晶体制造领域，尤其涉及一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法。

背景技术

近年来，硅单晶和硅多晶广泛应用于光伏太阳能电池、液晶显示等领域。目前类硅单晶的常用制造方法为定向凝固法，该方法在平底坩埚底部铺设长方体籽晶，籽晶规则排列形成籽晶层。硅料容置于平底坩埚内，铺设于籽晶层上。通过熔化阶段的温度控制，待硅料熔融后，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化，再经定向散热而在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得与籽晶相似或一样的晶粒。

采用上述方法生长类单晶，主要缺点包括：

籽晶熔化过程中，其边角熔化速率较快，籽晶间的缝隙逐渐增大，硅液渗入该缝隙后生长为微晶，从而引入晶界而形成多晶。若微晶未形成晶界或多晶，则该区域因应力较大而产生位错缺陷，形成小角度晶界；

坩埚底部不平整、籽晶铺设不平整，导致籽晶未熔化前，其间已存在缝隙，经熔化过程后，籽晶间缝隙更大，易构成位错源甚至形成多晶晶界；

铺设籽晶过程中，籽晶间及表面存在杂质，该杂质在单晶硅生长过程中富集，引起位错、晶界等缺陷。

综上，长方体籽晶规则排列的拼接方式下，定向凝固法生长类单晶的过程中，易产生位错源，进而导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。

经研究表明，晶界导致单晶面积比例下降，位错导致硅片形成大量的缺陷，太阳能电池的光电转换效率降低、使用寿命减短，从而影响光伏器件的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，用于定向凝固法类单晶硅铸锭，籽晶层由所述籽晶紧密排列而成，每两块所述籽晶拼接面上，至少一条所述拼接面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

其中，所述籽晶层由所述籽晶紧密排列而成，具体为，两个相邻所述籽晶的拼接面相互配合紧密排列。

其中，所述拼接面呈平面。

其中，所述平面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

其中，所述拼接面呈曲面。

其中，所述曲面上，至少一条所述拼接面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

其中，所述拼接面有多条，包括平面和曲面。

其中，当所述拼接面呈平面时，所述平面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°，当所述拼接面呈曲面时，至少一条所述拼接面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

其中，所述籽晶为片状籽晶或方籽晶。

其中，所述籽晶沿所述平底坩埚底部平面的法线方向的晶向为<100>晶向。

本发明采用拼接面切向与平底坩埚底部平面的法线方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通过改变籽晶的形状来减少位错源，甚至减少多晶晶界的产生，实现全单晶，位错源少的类单晶生长。进而减少了硅片的位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法的示意图；

图2是图1所示的籽晶拼接方法的生长的类单晶的少子寿命图；

图3是本发明类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法的第一实施方式示意图；

图4是图3所示的籽晶拼接方法的生长的类单晶的少子寿命图；

图5是本发明类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法的第二实施方式示意图；

图6是本发明类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法的第三实施方式示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，用于定向凝固法铸锭。在平底坩埚底部铺设籽晶层，该籽晶层由籽晶紧密排列而成，所有籽晶沿平底坩埚底部平面的法线方向的晶向为<100>晶向。具体的，所述相邻两个籽晶层的拼接面相互配合紧密排列。籽晶为长方体籽晶，每两块籽晶拼接面的切线方向与平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。在籽晶层的上方放置硅料。通过熔化阶段的温度控制，待硅料完全熔融成硅液后，籽晶从与硅料接触的面处开始熔化。再经过定向散热在未熔化的籽晶上引导实现硅锭的定向生长。

参见图1，为现有技术的类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法的示意图，未熔化的每两块籽晶1的拼接面为平面，该平面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α₁角，α₁=0°。参见图2，类单晶的少子寿命图反映晶体内部晶界、位错及金属杂质。图中的晶界沿着其拼接间隙逐渐扩散，降低了类单晶的品质。

参见图3，为本发明中第一实施方式的示意图。本实施方式中，未熔化的每两块籽晶2的拼接面为平面，该平面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α₂角，α₂＝30°。参见图4，为采用图3所示的籽晶拼接方式的类单晶的少子寿命图，图中，类单晶的晶界沿其拼接间隙直线延伸，较少出现扩散或其他晶界，类单晶的品质较好。在其他实施方式中，该平面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向也可呈其他锐角角度。

参见图5，为本发明中第二实施方式的示意图。本实施方式中，未熔化的每两块籽晶3的拼接面为曲面，本实施方式中，该曲面呈“S”形，该曲面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α₃角，0°<α₃<90°。在其他实施方式中，该曲面可呈其他形状。

参见图6，为本发明中第三实施方式的示意图。在本实施方式中，未熔化籽晶4的拼接面有多条，具体的相邻两两两籽晶硅块相互拼接的面既含有平面，还含有曲面。当拼接面呈平面时，该平面的切线方向与该平底坩埚底部平面的法线方向成α₄角，0°<α₄<90°。当该拼接面呈曲面时，至少一条该拼接面的切线方向与该平底坩埚底部平面的法线方向成α₄角，0°<α₄<90°。

综上，本发明实施例中，籽晶在熔化过程中，籽晶拼接面处的间隙较小且倾斜、硅液渗入该缝隙后抑制其生长为微晶。在坩埚底部不平整的条件下，也可降低晶界及缺陷的产生。籽晶间及表面的杂质在缝隙中富集的概率降低，同时也达到了杂质不形核或生长中被淘汰的目的。

本发明实施例采用拼接面切向与平底坩埚底部平面的法线方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通过改变籽晶的形状来减少位错源，甚至减少多晶晶界产生，实现全单晶，位错源少的类单晶生长。进而减少了硅片的位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，用于定向凝固法类单晶硅铸锭，其特征在于，籽晶层由所述籽晶紧密排列而成，每两块所述籽晶拼接面上，至少一条所述拼接面的切线方向与坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

2.如权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述籽晶层由所述籽晶紧密排列而成，具体为，两个相邻所述籽晶的拼接面相互配合紧密排列。

3.如权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述拼接面呈平面。

4.如权利要求3所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述平面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

5.如权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述拼接面呈曲面。

6.如权利要求5所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述曲面上，至少一条所述拼接面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

7.如权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述拼接面有多条，包括平面和曲面。

8.如权利要求7所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，当所述拼接面呈平面时，所述平面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°，当所述拼接面呈曲面时，至少一条所述拼接面的切线方向与所述平底坩埚底部平面的法线方向成α角，0°<α<90°。

9.如权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述籽晶为片状籽晶或方籽晶。

10.权利要求1所述的一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法，其特征在于，所述籽晶沿所述平底坩埚底部平面的法线方向的晶向为<100>晶向。

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