CN104805500A - 采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法 - Google Patents

采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法，包括炉体，所述炉体内设有石英坩埚，所述石英坩埚的外侧周围设有加热器，上方设有薄石英管，所述薄石英管的一端开口向下，另一端固定在夹持器上，所述夹持器和驱动电机相连并可带动薄石英管一起旋转升降，所述薄石英管内设有气冷腔，所述气冷腔中通有冷却气体，所述气冷腔的底部设有微细气孔且位于薄石英管开口端的上方，所述薄石英管的一侧设有激光切割器，另一侧设有硅片承接板。本发明采用薄石英管作为硅片成型限边，由气冷腔底端的微细气孔喷出的氧化气流接触硅液面，形成具有氧化层的硅片并直接采用激光切割，从而避免浪费硅料，并可有效缓解硅片应力，避免硅片晶向错位。

Description

采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种直接从硅溶液形成硅片的制作设备及其控制方法，尤其涉及一种采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法。
背景技术
硅材料一直是半导体行业应用最广的材料之一，随着光伏行业的迅猛发展，太阳能级的硅材料需求量不断增加。主流的p型单晶硅太阳能电池的效率平均为20～22％，主流的p型多晶硅太阳能电池的效率平均为17～19％。厚度为180～200μm的硅片主要是采用线切割的工艺实现，经过铸锭或单晶拉制、开方和切片后，实际使用的硅片材料只占到硅原材料的约35％，材料损失高达约65％。
采用一种直接从硅熔液形成硅片的技术，不仅可以减少工艺流程，降低硅片的单位能耗，同时可以极大的提高制作硅片的过程中硅材料的利用率。目前，国际上从硅熔液中连续生长硅带的技术已经实现，但是由于设备及工艺的控制难度较高，仍未能实现在硅太阳能电池领域的大规模推广。其他从硅熔液中形成硅片的技术，目前仍处于实验室研发阶段，未能实现产业化的生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法，能够采用氧化层辅助的从硅熔液中直接形成可用的硅片，避免浪费硅料，可操作性强，硅片表面带有氧化层，可有效缓解硅片应力，并且有助于形成温和的过冷环境，对于形成无位错硅片具有很好的优势。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种采用氧化层辅助的硅片制作设备，包括炉体，所述炉体内设有用于盛放熔融硅液的石英坩埚，所述石英坩埚的外侧周围设有加热器，其中，所述石英坩埚的上方设有薄石英管，所述薄石英管的一端开口向下，另一端固定在夹持器上，所述夹持器和驱动电机相连并可带动薄石英管一起旋转升降，所述薄石英管内设有气冷腔，所述气冷腔中通有冷却气体，所述气冷腔的底部设有微细气孔，所述气冷腔的底部位于薄石英管开口端的上方，所述薄石英管的一侧设有激光切割器，另一侧设有硅片承接板。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其中，所述薄石英管壁厚1～3mm，直径为10～30cm。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其中，所述微细气孔均匀分布于整个气冷腔底面，所述微细气孔的孔径范围为1～20μm。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，包括如下步骤：a)先利用加热器将石英坩埚中的硅加热熔化，然后向气冷腔通入惰性气体和氧气的混合冷却气体；b)将薄石英管向下的开口端浸入硅液面，使得气冷腔的底部距离硅液面1～5cm；c)硅液在薄石英管的开口端处冷却形成硅片，硅片上方形成氧化层；d)控制夹持器带动旋转薄石英管，并将薄石英管缓慢向上提升，使得硅片液面；e)待硅片位置与激光切割器位置吻合时，启动激光切割器对硅片处的薄石英管进行切割，薄石英管以一定转速进行旋转，保证薄石英管壁整个周长范围内均匀的切割,使得硅片脱落至硅片承接板上，并连同硅片承接板一起移出至炉体外。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤a)中硅加热熔化后，稳定在1417～1423℃并保持2～3小时，所述混合冷却气体的气压为100～1000Pa。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤a)的混合冷却气体中，氧气所占的重量百分含量为0.5％～5％；所述步骤c)中控制氧化层的厚度范围为10～200μm，控制硅片的厚度为100～200μm。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤d)中控制薄石英管的旋转转速为100rpm，向上提升速率为1mm/s。
上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤e)中保持薄石英管的旋转转速为100rpm，控制激光切割器的切割缝小于0.5mm。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法，采用薄石英管作为硅片成型限边，由气冷腔底端的微细气孔喷出的氧化气流接触硅液面，热量由气冷腔带走，采用激光切割薄石英管壁使得形成的硅片脱落，从而避免浪费硅料，硅片表面带有氧化层，可有效缓解硅片应力，并且有助于形成温和的过冷环境，对于形成无晶向位错硅片具有很好的优势。
附图说明
图1为本发明的采用氧化层辅助的硅片制作设备结构示意图；
图2为本发明的硅片制作设备中的提取单元的结构示意图；
图3为本发明的硅片制作设备中的气冷腔底面结构示意图。
图中：
1  驱动电机        2  混合气体进出口     3  定位导轨
4  夹持器          5  薄石英管           6  硅片承接板
7  硅片转运腔      8  加热器             9  熔融硅液
10 硅片            11 通气管             12 激光切割器
13 气冷腔          14 固定立柱           15 炉体
16 石英坩埚        17 氧化层             18 固定螺杆
19 微细气孔
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的采用氧化层辅助的硅片制作设备结构示意图。
请参见图1，本发明提供的采用氧化层辅助的硅片制作设备，包括炉体15，所述炉体15内设有用于盛放熔融硅液9的石英坩埚16，所述石英坩埚16的外侧周围设有加热器8，其中，所述石英坩埚16的上方设有薄石英管5，所述薄石英管5的一端开口向下，另一端固定在夹持器4上，所述夹持器4和驱动电机1相连并可带动薄石英管5一起旋转升降；所述薄石英管5内设有气冷腔13，所述气冷腔13中通有冷却气体，所述气冷腔13的底部设有微细气孔19，所述气冷腔13的底部位于薄石英管5开口端的上方，所述薄石英管5的一侧设有激光切割器12，另一侧设有硅片承接板6。
本发明提供的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其中，所述薄石英管5壁厚1～3mm，直径为10～30cm；所述夹持器4和驱动电机1相连并可带动薄石英管5一起旋转升降形成硅片提取单元，如图2所示。驱动电机1和炉体15可直接固定在固定立柱14上，炉体15上部的副腔室中可设置定位导轨3；夹持器4和薄石英管5可通过固定螺杆18相连。薄石英管5内的气冷腔13中设有通气管11，所述薄石英管5所述微细气孔19均匀分布于整个气冷腔13底面，所述微细气孔19的孔径范围为1～20μm，如图3所示。
本发明提供的采用氧化层辅助的硅片制作设备，控制过程如下：
将硅熔化后稳定在1420±3℃宝保持2～3小时，硅液面无任何乱流，腔体内保持惰性气体气氛，气压为100～1000Pa；薄石英管5顶部有夹持器固定，薄石英管5的壁厚1～3mm，直径范围为10～30cm；
薄石英管内的气冷腔13内通有惰性气体与氧气的混合气体，氧气的重量百分含量比例不大于5％，如采用95Wt％的氩气与5Wt％的氧气；
气冷腔13的底面有微细气孔，孔径范围为1～20μm，微细气孔密布整个气冷腔底面；
将薄石英管5开口端的下边缘浸入硅液面，气冷腔13接近硅液面，气冷腔13底面距离硅液面1～5cm；
硅液面的热量由气冷腔13内的流动混合气体从混合气体进出口2带走，硅液面接触一定含量的氧气，形成氧化薄层，厚度范围为10～200μm，硅片10形成在氧化层17下，厚度约为100～200μm；
由夹持器4带动旋转薄石英管5，并将薄石英管5缓慢提升，至硅片脱离硅液面；旋转转速优选为100rpm，薄石英管向上提升速率优选为1mm/s；待硅片10位置与激光切割器12位置吻合时，启动激光器对硅片处的薄石英管5进行切割，激光切割器功率优选为100W；切割缝最好小于0.5mm；薄石英管5以一定转速进行旋转，保证薄石英管壁整个周长范围内均匀的切割；硅片10自然脱落至硅片承接板6上，并可由硅片10转运腔7将转运至炉外。
由于直接由硅熔液形成无应力硅片10，操作快捷，硅片均匀性好，极大的节省了硅材料的耗费，对未来硅太阳能电池的成本降低具有促进作用，并且得到的硅片晶粒均匀，晶体生长方向垂直于硅片方向，位错少，配合预处理工艺及配套的电池工艺即可制作硅太阳能电池。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种采用氧化层辅助的硅片制作设备，包括炉体(15)，所述炉体(15)内设有用于盛放熔融硅液(9)的石英坩埚(16)，所述石英坩埚(16)的外侧周围设有加热器(8)，其特征在于，所述石英坩埚(16)的上方设有薄石英管(5)，所述薄石英管(5)的一端开口向下，另一端固定在夹持器(4)上，所述夹持器(4)和驱动电机(1)相连并可带动薄石英管(5)一起旋转升降，所述薄石英管(5)内设有气冷腔(13)，所述气冷腔(13)中通有冷却气体，所述气冷腔(13)的底部设有微细气孔(19)，所述气冷腔(13)的底部位于薄石英管(5)开口端的上方，所述薄石英管(5)的一侧设有激光切割器(12)，另一侧设有硅片承接板(6)。
2.如权利要求1所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其特征在于，所述薄石英管(5)壁厚1～3mm，直径为10～30cm。
3.如权利要求1所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其特征在于，所述微细气孔(19)均匀分布于整个气冷腔(13)底面，所述微细气孔(19)的孔径范围为1～20μm。
4.一种如权利要求1所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)先利用加热器(8)将石英坩埚(16)中的硅加热熔化，然后向气冷腔(13)通入惰性气体和氧气的混合冷却气体；
b)将薄石英管(5)向下的开口端浸入硅液面，使得气冷腔(13)的底部距离硅液面1～5cm；
c)硅液在薄石英管(5)的开口端处冷却形成硅片，硅片上方形成氧化层(17)；
d)控制夹持器(4)带动旋转薄石英管(5)，并将薄石英管(5)缓慢向上提升，使得硅片(10)脱离硅液面；
e)待硅片(10)位置与激光切割器(12)位置吻合时，启动激光切割器(12)对硅片处的薄石英管(5)进行切割，薄石英管(5)以一定转速进行旋转，保证薄石英管壁整个周长范围内均匀的切割,使得硅片(10)脱落至硅片承接板(6)上，并连同硅片承接板(6)一起移出至炉体(15)外。
5.如权利要求4所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其特征在于，所述步骤a)中硅加热熔化后，稳定在1417～1423℃并保持2～3小时，所述混合冷却气体的气压为100～1000Pa。
6.如权利要求5所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其特征在于，所述步骤a)的混合冷却气体中，氧气所占的重量百分含量为0.5％～5％；所述步骤c)中控制氧化层(17)的厚度范围为10～200μm，控制硅片(10)的厚度为100～200μm。
7.如权利要求4所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其特征在于，所述步骤d)中控制薄石英管(5)的旋转转速为100rpm，向上提升速率为1mm/s。
8.如权利要求7所述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其特征在于，所述步骤e)中保持薄石英管(5)的旋转转速为100rpm，控制激光切割器(12)的切割缝小于0.5mm。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001031496A (ja) * 1999-07-19 2001-02-06 Sharp Corp シリコンリボン製造装置及びその製造方法
CN1318113A (zh) * 1998-08-14 2001-10-17 埃伯乐太阳能公司 稳定树枝状网膜晶体生长的方法和系统
WO2007006525A1 (en) * 2005-07-11 2007-01-18 Politecnico Di Milano Method and reactor for growing crystals
CN101070620A (zh) * 2006-12-31 2007-11-14 高文秀 蘸取式硅片制作方法
CN201620208U (zh) * 2010-01-12 2010-11-03 斯必克公司 连续浇铸单晶硅带的设备
CN102234840A (zh) * 2010-05-07 2011-11-09 姚罡 薄形硅晶片的制备方法
CN102260903A (zh) * 2011-07-11 2011-11-30 浙江碧晶科技有限公司 一种生长薄板硅晶体的方法
CN103014838A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 常州大学 一种超薄单晶硅片的直拉制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1318113A (zh) * 1998-08-14 2001-10-17 埃伯乐太阳能公司 稳定树枝状网膜晶体生长的方法和系统
JP2001031496A (ja) * 1999-07-19 2001-02-06 Sharp Corp シリコンリボン製造装置及びその製造方法
WO2007006525A1 (en) * 2005-07-11 2007-01-18 Politecnico Di Milano Method and reactor for growing crystals
CN101070620A (zh) * 2006-12-31 2007-11-14 高文秀 蘸取式硅片制作方法
CN201620208U (zh) * 2010-01-12 2010-11-03 斯必克公司 连续浇铸单晶硅带的设备
CN102234840A (zh) * 2010-05-07 2011-11-09 姚罡 薄形硅晶片的制备方法
CN102260903A (zh) * 2011-07-11 2011-11-30 浙江碧晶科技有限公司 一种生长薄板硅晶体的方法
CN103014838A (zh) * 2012-12-27 2013-04-03 常州大学 一种超薄单晶硅片的直拉制备方法

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