CN104499050A - 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：(1)在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料熔化形成硅液，调整热场，达到过冷状态，使硅液在所述坩埚上进行形核结晶，该形核结晶过程为第一结晶阶段；(2)待长出目标高度晶体后，向所述目标高度晶体表面即未结晶硅液和目标高度晶体的固液界面处放置形核材料，使第一结晶阶段停止；或预先在目标高度处放置形核材料，待晶体长到所述目标高度得到目标高度晶体后，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，所述未结晶的硅液利用所述形核材料再形核结晶，所述再形核结晶过程为后续结晶阶段；(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。本发明制备方法简单，制得的多晶硅锭位错少。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片。
背景技术
目前，DSS(Directional Solidification System，定向凝固系统)法被广泛用于多晶硅铸造，工艺流程大致包括加热、熔化、结晶、退火、冷却等步骤，从石英坩埚生长的多晶硅锭的晶粒大多从底部到头部呈柱状，硅锭底部主要以枝晶方式成核且形成的枝晶晶粒取向存在随机性，存在较多数量的有害晶向的晶粒、位错等缺陷，这些缺陷在生长过程中的增殖较快，正常的铸锭工艺制造的多晶硅锭底部的位错密度可以从(1.5～8.2)×104/cm2增加至头部的(1.8～78)×105/cm2，位错密度大大增加，从而显著降低了多晶硅的晶体质量，进而导致硅片的电池转换效率显著降低。如何解决晶体生长高度上的位错增殖是该行业最重要的研究方向。
公开号为102776556A的中国申请公开了一种能够减少位错的多晶硅锭的制备方法，该方法通过过冷控制实现固液界面的晶体再次结晶获得微晶层，以该微晶层为二次形核层进行再形核结晶，制得多晶硅锭。虽然该方法可以减少位错，但是该方法操作难度大，控制过冷度未必能二次形核，成形核功率较低，风险高，且最后制得的多晶硅锭中的位错仍然较多。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种多晶硅锭的制备方法，该制备方法操作容易，形核成功率高，风险小，能够有效降低多晶硅锭头部的位错和缺陷密度，得到位错少的高质量多晶硅锭，解决了现有技术的问题。本发明还同时公开了一种通过该制备方法获得的多晶硅锭，以及以所述多晶硅锭为原料制得的多晶硅片。
第一方面，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料熔化形成硅液，调整热场，达到过冷状态，使硅液在所述坩埚上进行形核结晶，该形核结晶过程为第一结晶阶段；
(2)待长出目标高度晶体后，向所述目标高度晶体表面即未结晶硅液和目标高度晶体的固液界面处放置形核材料，使第一结晶阶段停止；或预先在目标高度处放置形核材料，待晶体长到所述目标高度得到目标高度晶体后，使第一结晶阶段停止；
维持步骤(1)的过冷状态，所述未结晶的硅液利用所述形核材料再形核结晶，所述再形核结晶过程为后续结晶阶段；
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
优选地，所述形核材料在硅液中不熔化或部分熔化，且对硅液无污染。
更优选地，所述形核材料为C/C材料、碳纤维基复合材料、陶瓷基复合材料、碳化硅、氮化硅、石墨、氧化铝、二氧化硅、磷化镓、硅和硅合金中的至少一种。
进一步优选地，所述石墨包括石墨纸或石墨布。
所述C/C材料是由高强度炭素材料和炭素基质经过石墨化增强处理后构成的材料。
所述磷化镓的熔点较高，与硅的晶格匹配性较好。
优选地，所述硅合金为硅与钨、镍、钴、铁、钛或锆的合金。
进一步优选地，所述碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、磷化镓、硅和硅合金中的至少一种沉积在C/C材料、碳纤维、石墨纸或石墨布表面，然后将其放置在所述目标高度晶体表面即未结晶硅液和目标高度晶体的固液界面处或预先放置在所述目标高度处。
沉积方法为现有常规的方法。
优选地，所述形核材料的形态不限，可以为颗粒状、网状、片状或板状。
当所述形核材料的形态为网状时，网孔可以起到晶粒细化的作用，进一步减少晶体的位错，优选地，其网孔孔径为0.02cm-5cm。
优选地，所述形核材料完全覆盖所述目标高度晶体的表面，形成形核材料层。
所述形核材料层的厚度不限，优选地，所述形核材料层的厚度为0.5-2cm。
优选地，所述调整热场，使硅液在所述坩埚上进行形核结晶，调节热场的温度为1360-1560℃。
优选地，所述后续结晶阶段包括多次再形核结晶过程。
更优选地，所述再形核结晶过程为在所述过冷状态下，未结晶的硅液利用后续结晶阶段的前一次再形核结晶过程形成的晶体上放置的形核材料形核结晶。
根据形核材料与硅的晶格失配度及润湿性的影响，更优选地，所述再形核结晶为同质形核或异质形核。
预先在目标高度处放置形核材料，优选地，通过固定装置预先将所述形核材料固定在所述目标高度处。
更优选地，所述固定装置的材质为C/C材料、碳纤维基复合材料、陶瓷基复合材料、碳化硅、氮化硅、石墨、氧化铝、二氧化硅或磷化镓。
更优选地，通过氮化硅夹具将所述形核材料夹持在所述目标高度处或通过氮化硅夹具将所述形核材料夹持在坩埚顶部，待硅料熔化形成硅液后，移动所述氮化硅夹具使所述形核材料降至所述目标高度处。
更优选地，通过石墨绳将所述形核材料悬挂在所述目标高度处或通过石英绳将所述形核材料悬挂在坩埚顶部，待硅料熔化形成硅液后，伸长所述石墨绳将所述形核材料降至所述目标高度处。
本发明所述形核材料的设置有两种方式：待长出目标高度晶体后，向所述目标高度晶体表面即未结晶硅液和目标高度晶体的固液界面处放置形核材料，使第一结晶阶段停止；或预先在目标高度处放置形核材料，待晶体长到目标高度得到目标高度晶体后，使第一结晶阶段停止。第一种方式比较简单，但是晶体的生长过程中，固液界面往往成凸面，直接在该凸面设置形核材料，形核材料难以水平放置，影响后续结晶，另外在放置形核材料时，所述形核材料在硅液中沉降不稳定，容易放偏，也会影响后续结晶。第二种方式在目标高度处先设置好形核材料，可以使形核材料放置成水平状态，不受固液界面影响和形核材料沉降情况的影响，等到晶体长到目标高度后，由于形核材料放置位置水平，得到的目标高度的晶体和未结晶的硅液的固液界面为水平状态，使得未结晶的硅液利用所述形核材料再形核结晶时结晶更均匀，晶体质量更好。
更优选地，所述再形核结晶过程在所述后续结晶阶段的前一次再形核结晶过程形成的晶体质量开始降低的高度或位置处开始进行。
进一步优选地，所述晶体质量开始降低的高度为距坩埚底部15-25cm处或多晶硅锭50％高度处。
优选地，坩埚为内壁涂有氮化硅涂层的坩埚。
坩埚内壁上氮化硅层的设置，可以有效防止坩埚底部的杂质进入晶体中，从而提高多晶硅锭的质量，并防止多晶硅锭发生粘埚现象，从而提高多晶硅锭的质量和降低铸锭工艺的操作难度。
本发明第一方面提供的多晶硅锭的制备方法，通过在目标高度晶体表面设置形核材料，使未结晶硅液利用形核材料重新形核和进行晶粒细化，通过阻止高位错晶体的生长来获得低位错的晶体，因此可以防止位错的大量增殖，从而得到高质量的多晶硅锭，同时，未结晶的硅液利用所述形核材料再形核结晶时维持之前的过冷状态，避免了现有技术需要调节过冷度形成微晶层，再以该微晶层为二次形核层进行形核结晶的操作，本发明直接在形核材料上形核结晶，形核得到良好的控制，同时不需要多次调节过冷度，操作简单，形核成功率高，该方法尤其适用于铸造大尺寸高硅锭，可根据实际需要控制再形核结晶过程的重复操作次数。
第二方面，本发明提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭按照前述多晶硅锭的制备方法制得。所述多晶硅锭位错密度小于105个/cm2。
第三方面，本发明提供了一种多晶硅片，所述多晶硅片以前述多晶硅锭为原料经开方-切片-清洗制得。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)本发明制备方法能够有效阻止位错向多晶硅锭头部繁殖，降低多晶硅锭头部的位错和缺陷密度，得到位错少的高质量多晶硅锭，该制备方法尤其适用于大尺寸硅锭的铸造；
(2)本发明制备方法操作容易，成功率较高，易于规模化的工业生产；
(3)本发明提供的多晶硅片位错密度小，适用于生产制作太阳能电池；
(4)本发明制作的太阳能电池的光电转换效率得到了提高。
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是本发明实施例1的多晶硅锭的结晶过程示意图；
图2是本发明实施例1制得的多晶硅锭少子寿命检测结果图；
图3为本发明实施例22的多晶硅锭的制备过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料。将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化后形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体，第一层晶体的高度为15cm。
(2)向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为碳化硅制成的陶瓷板块，该陶瓷板块完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
图1是本实施例多晶硅锭结晶过程示意图。图中1为第一层晶体，2为形核材料，3为未结晶硅液，4为第二层晶体。当第一层晶体1长到目标高度15cm时，向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料2，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液3利用形核材料2再形核结晶，长成第二层晶体4。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为18.05％。
采用WT2000检测本实施例所得多晶硅锭的少子寿命，检测结果如图2所示，图2是本发明实施例1制得的多晶硅锭少子寿命检测结果图；A为本实施例制得的多晶硅锭的少子检测图，B为现有技术制得的多晶硅锭少子寿命检测图。
从图2中可以看出，本发明实施例制得的多晶硅锭从底部(右)到头部(左)的少子寿命分布非常均匀，低少子寿命区域面积小，硅锭质量高，而现有技术制得的多晶硅锭少子寿命分布不均匀，和实施例1相比硅锭质量不好。
对所得多晶硅锭，采用光学显微镜(放大200倍)进行位错观察，其检测结果为：硅锭底部的平均位错密度小于3×105个/cm2。
实施例2
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内壁喷涂一层氮化硅后，在坩埚内填装各种块状的硅料。将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体，第一层晶体的高度为15cm；
(2)向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为氮化硅制成的陶瓷板块，该陶瓷板块完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.90％。
实施例3
实施例3和实施例1不同之处为：实施例3的形核材料为石墨纸。
实施例4
实施例4和实施例1不同之处为：实施例4的形核材料为C/C材料制成的板块。
实施例5
实施例5和实施例1不同之处为：实施例5的形核材料为氧化铝制成的板块。
实施例6
实施例6和实施例1不同之处为：实施例6的形核材料为二氧化硅制成的板块。
实施例7
实施例7和实施例1不同之处为：实施例7的形核材料为碳纤维基复合材料制成的板块。
实施例8
实施例8和实施例1不同之处为：实施例8的形核材料为陶瓷基复合材料制成的板块。
实施例9
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内壁喷涂一层氮化硅后，在坩埚内填装各种块状的硅料。将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体，第一层晶体的高度为15cm；
(2)向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为磷化镓制成的板块，该板块完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.95％。
实施例10
实施例10和实施例1不同之处为：实施例10的形核材料为硅制成的板块，该硅块在硅液中被部分熔化。
实施例11
实施例11和实施例1不同之处为：实施例11的形核材料为硅钨合金制成的板块，该硅钨合金块在硅液中被部分熔化。
实施例12
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料，将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体，第一层晶体的高度为15cm；
(2)向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为沉积在C/C材料表面的碳化硅，沉积方法为化学气相沉积法。该形核材料完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为18.09％。
实施例13
实施例13和实施例1不同之处为：实施例13的形核材料为沉积在碳纤维表面的氮化硅。沉积方法为化学气相沉积法。
实施例14
实施例14和实施例1不同之处为：实施例14的形核材料为沉积在石墨布表面的氧化铝。沉积方法为磁控溅射法。
实施例15
实施例15和实施例1不同之处为：实施例15的形核材料为沉积在C/C材料表面的二氧化硅。沉积方法为磁控溅射法。
实施例16
实施例16和实施例1不同之处为：实施例16的形核材料为沉积在石墨纸表面的磷化镓。沉积方法为磁控溅射法。
实施例17
实施例17和实施例1不同之处为：实施例17的形核材料为沉积在C/C材料表面的硅。沉积方法为化学气相沉积法。
实施例18
实施例18和实施例1不同之处为：实施例18的形核材料为沉积在C/C材料表面的硅镍合金。沉积方法为化学气相沉积法。
实施例19
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料，将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体，第一层晶体的高度为15cm；
(2)向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为氮化硅制成的陶瓷网，该陶瓷网的网孔孔径为0.02cm，该陶瓷网完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.92％。
实施例20
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料。
将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化后形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶得到目标高度晶体即第一层晶体。
(2)待第一层晶体的高度为10cm时，向第一层晶体表面即未结晶硅液和第一层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为碳化硅制成的陶瓷网，该陶瓷网的网孔孔径为5cm，该陶瓷网完全覆盖第一层晶体表面，阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用碳化硅再形核结晶，长成第二层晶体。
待第二层晶体的高度为10cm；向第二层晶体表面即未结晶硅液和第二层晶体的固液界面处放置形核材料，该形核材料为碳化硅制成的陶瓷网，该陶瓷网的网孔孔径为5cm，该陶瓷网完全覆盖第二层晶体表面，阻挡继续结晶，使第二结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第三层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.93％。
实施例21
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料。在坩埚上利用氮化硅夹具将形核材料碳化硅制成的陶瓷板块夹持固定在坩埚顶部，将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化后形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶，并移动夹持有碳化硅制成的陶瓷板块的氮化硅夹具，将该陶瓷板块降至目标高度处即距坩埚底部15cm处。
(2)待晶体长到目标高度处得到目标高度晶体后，该形核材料阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.95％。
实施例22
一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：
(1)取石英坩埚(内径840mm×840mm)，在坩埚内填装各种块状的硅料。在坩埚上利用石墨绳将形核材料石墨纸悬挂在坩埚顶部，将上述装有硅料的坩埚装入铸锭炉中，启动铸锭程序，抽真空并加热，加热到硅熔点温度，使硅料慢慢熔化成硅液。待硅料全部熔化后形成硅液，调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶，同时伸长石墨绳，将该石墨纸降至目标高度处即距坩埚底部25cm处。
(2)待晶体长到目标高度处得到目标高度晶体后，该形核材料阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液利用形核材料再形核结晶，长成第二层晶体。
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
将上述制得的多晶硅锭冷却后，进行开方得到多晶硅块，切片-清洗后得到多晶硅片，以该多晶硅片为原料采用丝网印刷工艺制作成太阳能电池。
将上述所得多晶硅片制作成太阳能电池，并测定太阳能电池的光电转换效率，测定结果为太阳能电池的光电转换效率为17.97％。
图3为本发明实施例20的多晶硅锭的制备过程示意图，在坩埚上利用石墨绳9将石墨纸6悬挂在坩埚顶部，待坩埚中的硅料慢慢熔化成硅液后(如图3a所示)；调整热场，使其达到过冷状态，使硅液在坩埚上进行形核结晶，此时将石墨绳悬挂的形核材料降至目标高度处(如图3b所示)；待晶体长到目标高度处得到目标高度晶体5后，该形核材料6阻挡继续结晶，使第一结晶阶段停止；维持步骤(1)的过冷状态，未结晶的硅液7利用形核材料6再形核结晶，长成第二层晶体8(如图3c所示)。
对比实施例
为有力支持本发明的有益效果，特提供对比试验数据如下。
将本发明实施例1制得的多晶硅锭和现有技术制得的多晶硅锭进行对比，对比结果如表1所示。
表1
| 硅锭类型 | 硅锭高度 | 电池效率 | 少子寿命 |
| 实施例1 | 45cm | 18.05％ | 6.83μs |
| 普通铸锭1 | 32cm | 17.93％ | 6.75μs |
| 普通铸锭2 | 45cm | 17.88％ | 6.32μs |
从表1中可以看出，本发明提供的多晶硅锭和现有技术制得的多晶硅锭相比，在电池效率和少子寿命方面都好于现有技术制得的多晶硅锭，说明本发明通过在目标高度晶体表面设置形核材料或在目标高度处设置形核材料，使未结晶硅液利用形核材料进行重新形核和晶粒细化，通过阻止高位错晶体的生长来获得低位错的晶体，可以防止位错的大量增殖，从而得到高质量的多晶硅锭，该多晶硅锭的电池效率可达18.05％，少子寿命为6.83μs。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料熔化形成硅液，调整热场，达到过冷状态，使硅液在所述坩埚上进行形核结晶，该形核结晶过程为第一结晶阶段；
(2)待长出目标高度晶体后，向所述目标高度晶体表面即未结晶硅液和目标高度晶体的固液界面处放置形核材料，使第一结晶阶段停止；或预先在目标高度处放置形核材料，待晶体长到所述目标高度得到目标高度晶体后，使第一结晶阶段停止；
维持步骤(1)的过冷状态，所述未结晶的硅液利用所述形核材料再形核结晶，所述再形核结晶过程为后续结晶阶段；
(3)待全部硅液结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
2.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述形核材料在硅液中不熔化或部分熔化，且对硅液无污染。
3.如权利要求1或2所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述形核材料为C/C材料、碳纤维基复合材料、陶瓷基复合材料、碳化硅、氮化硅、石墨、氧化铝、二氧化硅、磷化镓、硅和硅合金中的至少一种。
4.如权利要求3所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、磷化镓、硅和硅合金中的至少一种沉积在C/C材料、碳纤维、石墨纸或石墨布表面。
5.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述形核材料完全覆盖所述目标高度晶体的表面，形成形核材料层。
6.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述后续结晶阶段包括多次再形核结晶过程。
7.如权利要求6所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述再形核结晶过程为在所述过冷状态下，未结晶的硅液利用后续结晶阶段的前一次再形核结晶过程形成的晶体上放置的形核材料形核结晶。
8.如权利要求7所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述再形核结晶过程在所述后续结晶阶段的前一次再形核结晶过程形成的晶体质量开始降低的高度或位置处开始进行。
9.一种多晶硅锭，其特征在于，所述多晶硅锭为按照如权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片由权利要求9所述的多晶硅锭经开方-切片-清洗制备得到。
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Cited By (1)
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090208400A1 (en) * | 2006-06-23 | 2009-08-20 | Stein Julsrud | Method and crucible for direct solidification of semiconductor grade multi-crystalline silicon ingots |
| WO2011071857A1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | Corning Incorporated | High throughput recrystallization of semiconducting materials |
| CN102776556A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-11-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 |
| CN102776554A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-11-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 |
-
2014
- 2014-12-29 CN CN201410835172.0A patent/CN104499050A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090208400A1 (en) * | 2006-06-23 | 2009-08-20 | Stein Julsrud | Method and crucible for direct solidification of semiconductor grade multi-crystalline silicon ingots |
| WO2011071857A1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | Corning Incorporated | High throughput recrystallization of semiconducting materials |
| CN102776556A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-11-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 |
| CN102776554A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-11-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105369351A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-03-02 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片 |
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