CN105369350A - 一种多晶硅晶体的生长工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶硅晶体的生长工艺，包括以下步骤，首先将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；然后在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；其次在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；最后在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；所述初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率互不等同。本发明对长晶各个阶段的长晶速率进行差异性控制，尤其是长晶初期，进而有效的降低了晶体缺陷密度，保证了低缺陷晶体的持续生长，解决了头中尾硅片效率差异较大的问题，从而提高整锭良率，降低生产成本。

Description

一种多晶硅晶体的生长工艺

技术领域

本发明属于太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种多晶硅晶体的生长工艺。

背景技术

随着全球各国对可持续发展和环保能源的不断关注，清洁能源已成为各国能源领域研究的重要议题，这其中太阳能发电是最主要的方向之一。太阳能发电分为光热发电和光伏发电，而通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。而太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池片，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶硅和多晶硅电池用量最大。

单晶硅是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异；多晶硅是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。而多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，因而自然也是全球光伏产业的基石。

多晶硅的生产通常是采用多晶硅铸造技术，这种铸造技术生产的多晶硅锭具有厘米级大晶粒、柱状晶粒结构、电阻率均匀性好、杂质含量低等特点。业内经过多年的研究开发，已出现多种多晶硅铸造技术，目前多晶硅铸锭的铸造技术主要采用的是定向凝固法，而在多晶硅铸锭的生产过程中主要是经过五个重要阶段硅料加热、硅料熔化、硅锭生长、硅锭退火和硅锭冷却。众所周知的，多晶硅铸锭的生产过程是一个复杂的步骤，每一步都会影响到后续多晶硅电池的品质，其中影响多晶硅电池转换效率的因素有电阻率、少子寿命和晶粒大小。因而，多晶硅铸绽技术的关键就在于要获得定向排列的柱状晶，晶粒尺寸要大，获得较长的少子寿命，提高电池的光电转换效率。但是由于整体过程的复杂性和大规模生产中的不可控因素，都会造成多晶硅晶体材料中的各种缺陷，如空位、孪晶、裂纹、晶界、位错、微观缺陷和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属等等，这些都会影响到最终多晶硅电池的转换效率。

因此，如何在上述多晶硅铸锭的生产过程中，寻求进一步的改进方法以克服晶体材料上的缺陷提高产品合格率，最大程度的降低生产成本，已经成为业内的多晶硅生产厂家亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多晶硅晶体的生长工艺，本发明的提供多晶硅铸锭晶体生长工艺，能够有效的提高电池转换效率和产品良率，极大的降低了生产成本。

本发明提供了一种多晶硅晶体的生长工艺，其特征在于，包括，

A)将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；

B)在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；

C)在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；

D)在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；

所述初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率互不等同。

优选的，所述初期长晶速率为1.2～1.4cm/h；所述中期长晶速率为1.1～1.4cm/h；所述后期长晶速率为0.9～1.2cm/h。

优选的，所述第一温度为1420～1430℃；所述长晶初期的温度为1420～1440℃；所述长晶中期的温度为1405～1435℃；所述长晶后期的温度为1405～1420℃。

优选的，所述形核初期的时间为30～150min；所述长晶初期的时间为150～240min；所述长晶中期的时间为630～1140min；所述长晶后期的时间为780～1020min。

优选的，所述步骤B)具体为，

B1)在长晶初期，进行第一阶段晶体生长；

B2)在长晶初期，在第二长晶速率的条件下进行第二阶段晶体生长。

优选的，所述第一阶段的时间为30～60min，所述第一阶段的温度为1420～1440℃；

所述第二长晶速率为1.2～1.4cm/h，所述第二阶段的时间为120～180min，所述第二阶段的温度为1420～1440℃。

优选的，所述步骤C)具体为，

C1)在长晶中期，在第三长晶速率的条件下进行第三阶段晶体生长；

C2)在长晶中期，在第四长晶速率的条件下进行第四阶段晶体生长；

C3)在长晶中期，在第五长晶速率的条件下进行第五阶段晶体生长；

C4)在长晶中期，在第六长晶速率的条件下进行第六阶段晶体生长。

优选的，所述第三长晶速率为1.2～1.4cm/h，所述第三阶段的时间为360～480min，所述第三阶段的温度为1415～1435℃；

所述第四长晶速率为1.2～1.3cm/h，所述第四阶段的时间为30～180min，所述第四阶段的温度为1410～1430℃；

所述第五长晶速率为1.2～1.3cm/h，所述第五阶段的时间为60～180min，所述第五阶段的温度为1410～1430℃；

所述第六长晶速率为1.1～1.2cm/h，所述第六阶段的时间为180～300min，所述第六阶段的温度为1405～1425℃。

优选的，所述步骤D)具体为，

D1)在长晶后期，在第七长晶速率的条件下进行第七阶段晶体生长；

D2)在长晶后期，在第八长晶速率的条件下进行第八阶段晶体生长；

D3)在长晶后期，进行第九阶段晶体生长，得到多晶硅铸锭。

优选的，所述第七长晶速率为1.0～1.2cm/h，所述第七阶段的时间为240～360min，所述第七阶段的温度为1405～1425℃；

所述第八长晶速率为0.9～1.2cm/h，所述第八阶段的时间为420～480min，所述第八阶段的温度为1400～1420℃；

所述第九阶段的时间为120～180min，所述第九阶段的温度为1400～1420℃。

本发明提供了一种多晶硅晶体的生长工艺，其特征在于，包括，首先将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；然后在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；其次在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；最后在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；所述初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率互不等同。与现有技术相比，本发明基于高质量晶向(低缺陷密度)的控制与形核环境关系很大，容易导致形核质量不稳定，因而，从多晶硅铸锭的生产过程中硅锭生长步骤入手，针对现有的多晶硅铸锭长晶工艺中存在的速率相同的问题，本发明对长晶各个阶段的长晶速率进行差异性控制，尤其是长晶初期(缺陷形成期间)，进而有效的降低了晶体缺陷密度，保证了低缺陷晶体的持续生长，解决了头中尾硅片效率差异较大的问题，从而提高整锭良率，降低生产成本。实验结果表明，采用本发明提供的多晶硅晶体的生长工艺，产品平均良率为73％，制备的多晶硅电池平均转换效率为18.05％。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的多晶硅铸锭和普通多晶硅铸锭的少子分布对比图；

图2为本发明实施例1制备的多晶硅铸锭和普通多晶硅铸锭的晶粒对比图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。

本发明提供了一种多晶硅晶体的生长工艺，其特征在于，包括，

A)将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；

B)在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；

C)在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；

D)在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；所述初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率互不等同。

本发明首先将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；所述第一温度优选为1420～1430℃，更优选为1421～1429℃，更优选为1422～1428℃，最优选为1424～1426℃；所述形核初期的时间优选为30～150min，更优选为50～120min，更优选为70～100min，最优选为80～90min。本发明对所述形核初期的晶体生长速度不做特别限制，以硅料晶体在上述第一温度和形核初期时间的条件下进行常规的生长即可；本发明对所述晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述晶体生长的设备没有特别限制，以本领域技术人员晶体生长的设备即可，本发明优选为多晶硅结晶炉；本发明对所述形核初期，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为10～12cm。

本发明对所述硅料的来源没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料来源即可，可以选自市售或按照常规方法制备；本发明对所述硅料加热的过程和设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料加热的过程和设备即可，本发明优选为将硅料加热至1400～1500℃，再进入硅料熔化过程；本发明对所述硅料熔化的过程和设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料熔化的过程和设备即可，本发明优选为将硅料温度控制在1480～1550℃，恒温进行硅料熔化过程；本发明对上述硅料加热和硅料熔化的具体工艺选择和顺序，以及外加额外工艺步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的工艺选择和顺序即可，也可以根据实际生产情况、产品质量要求以及特性要求进行选择或更换。

本发明随后在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；所述初期长晶速率优选为1.2～1.4cm/h，更优选为1.22～1.38cm/h，更优选为1.25～1.35cm/h，最优选为1.28～1.33cm/h；所述长晶初期的温度优选为1420～1440℃，更优选为1422～1438℃，更优选为1425～1435℃，最优选为1428～1432℃；所述长晶初期的时间优选为150～240min，更优选为160～230min，更优选为180～210min，最优选为190～200min。本发明对所述长晶初期的晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述长晶初期，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为12～14cm。

本发明为更好的控制形核初期的超大过冷度和长晶初期的速率，提高高质量晶体的形核几率，优选将上述长晶初期进行进一步细化控制，所述步骤具体为，首先在长晶初期，进行第一阶段晶体生长；然后在长晶初期，在第二长晶速率的条件下进行第二阶段晶体生长。

本发明所述第一阶段晶体生长过程中，所述第一阶段的时间优选为30～60min，更优选为35～55min，更优选为40～50min，最优选为42～48min；所述第一阶段的温度优选为1420～1440℃，更优选为1422～1438℃，更优选为1425～1435℃，最优选为1428～1432℃。本发明对所述第一阶段晶体生长的晶体生长速度不做特别限制，以硅料晶体在上述第一阶段的温度和第一阶段的时间的条件下进行常规的生长即可；本发明对所述第一阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第一阶段晶体生长中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为12～14cm。

本发明所述第二阶段晶体生长过程中，所述第二长晶速率优选为1.2～1.4cm/h，更优选为1.22～1.38cm/h，更优选为1.25～1.35cm/h，最优选为1.28～1.33cm/h；所述第二阶段的时间优选为120～180min，更优选为125～175min，更优选为130～170min，最优选为140～160min；所述第二阶段的温度为1420～1440℃，更优选为1422～1438℃，更优选为1425～1435℃，最优选为1428～1432℃。本发明对所述第二阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第二阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为12～14cm。

本发明主要通过降低形核初期的温度，控制形核初期的超大过冷度以及长晶初期的温度和速率，使得形核环境与低缺陷晶面的理论环境相贴近，从源头上抑制缺陷形成，提高了高质量晶体的形核几率；而且长晶初期速率的控制，还可以有效的降低红区宽度，从而可以提高整锭良率。

本发明然后在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；所述中期长晶速率优选为1.1～1.4cm/h，更优选为1.15～1.35cm/h，更优选为1.2～1.3cm/h，最优选为1.23～1.27cm/h；所述长晶中期的温度优选为1405～1435℃，更优选为1410～1430℃，更优选为1415～1425℃，最优选为1418～1422℃；所述长晶中期的时间优选为630～1140min，更优选为700～1100min，更优选为750～1050min，最优选为800～1000min。本发明对所述长晶中期的晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述长晶中期，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为4～12cm。

本发明为更好的控制长晶中期的速率平稳逐渐下降，使得固液界面处于较为平稳或者微凸状态，最终保证高质量晶体的持续生长，优选将上述长晶中期进行进一步细化控制，所述步骤具体为，在长晶中期过程中，首先在第三长晶速率的条件下进行第三阶段晶体生长；然后在第四长晶速率的条件下进行第四阶段晶体生长；其次在第五长晶速率的条件下进行第五阶段晶体生长；最后在第六长晶速率的条件下进行第六阶段晶体生长。

本发明所述第三阶段晶体生长过程中，所述第三长晶速率优选为1.2～1.4cm/h，更优选为1.22～1.38cm/h，更优选为1.25～1.35cm/h，最优选为1.28～1.33cm/h；所述第三阶段的时间优选为360～480min，更优选为380～460min，更优选为400～450min，最优选为420～430min；所述第三阶段的温度优选为1415～1435℃，更优选为1417～1433℃，更优选为1420～1430℃，最优选为1423～1427℃。本发明对所述第三阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可。本发明对所述第三阶段晶体生长中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为4～6cm。

本发明所述第四阶段晶体生长过程中，所述第四长晶速率优选为1.2～1.3cm/h，更优选为1.21～1.29cm/h，更优选为1.23～1.27cm/h，最优选为1.24～1.26cm/h；所述第四阶段的时间优选为30～180min，更优选为50～150min，更优选为70～120min，最优选为80～100min；所述第四阶段的温度为1410～1430℃，更优选为1412～1428℃，更优选为1415～1425℃，最优选为1418～1422℃。本发明对所述第四阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第四阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为4～6cm。

本发明所述第五阶段晶体生长过程中，所述第五长晶速率优选为1.2～1.3cm/h，更优选为1.21～1.29cm/h，更优选为1.23～1.27cm/h，最优选为1.24～1.26cm/h；所述第五阶段的时间优选为60～180min，更优选为80～160min，更优选为100～140min，最优选为120～130min；所述第五阶段的温度为1410～1430℃，更优选为1412～1428℃，更优选为1415～1425℃，最优选为1418～1422℃。本发明对所述第五阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第五阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为8～12cm。

本发明所述第六阶段晶体生长过程中，所述第六长晶速率优选为1.1～1.2cm/h，更优选为1.11～1.19cm/h，更优选为1.13～1.17cm/h，最优选为1.14～1.16cm/h；所述第六阶段的时间优选为180～300min，更优选为200～280min，更优选为220～260min，最优选为230～250min；所述第六阶段的温度为1405～1425℃，更优选为1407～1423℃，更优选为1410～1420℃，最优选为1412～1418℃。本发明对所述第六阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第六阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为8～12cm。

本发明采用了长晶初期极限低过冷度控制技术，再通过控制长晶初期低过冷度，长晶中期的速率稳步降低，长晶初期与中后期的长晶速率差异，达到平稳的或者微凸的固液界面，从而确保低缺陷晶粒的持续生长。

本发明最后在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；所述后期长晶速率优选为0.9～1.2cm/h，更优选为0.95～1.15cm/h，更优选为1.0～1.1cm/h，最优选为1.03～1.07cm/h；所述长晶后期的温度优选为1405～1420℃，更优选为1407～1418℃，更优选为1410～1415℃，最优选为1412～1413℃；所述长晶后期的时间优选为780～1020min，更优选为800～1000min，更优选为850～950min，最优选为880～920min。本发明对所述长晶后期的晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述长晶后期，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为12～20cm。

本发明为更好的控制长晶中期到长晶后期的长晶速率缓慢过渡，促进晶体定向竖状生长，并且抑制缺陷的繁殖速率，优选将上述长晶后期进行进一步细化控制，所述步骤具体为，在长晶后期过程中，首先在第七长晶速率的条件下进行第七阶段晶体生长；然后在长晶后期，在第八长晶速率的条件下进行第八阶段晶体生长；最后在长晶后期，进行第九阶段晶体生长，得到多晶硅铸锭。

本发明所述第七阶段晶体生长过程中，所述第七长晶速率优选为1.0～1.2cm/h，更优选为1.02～1.18cm/h，更优选为1.05～1.15cm/h，最优选为1.08～1.12cm/h；所述第七阶段的时间优选为240～360min，更优选为260～340min，更优选为280～320min，最优选为290～310min；所述第七阶段的温度优选为1405～1425℃，更优选为1407～1423℃，更优选为1410～1420℃，最优选为1413～1427℃。本发明对所述第七阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可。本发明对所述第七阶段晶体生长中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为12～18cm。

本发明所述第八阶段晶体生长过程中，所述第八长晶速率优选为0.9～1.2cm/h，更优选为0.95～1.15cm/h，更优选为1.0～1.10cm/h，最优选为1.03～1.07cm/h；所述第八阶段的时间优选为420～480min，更优选为430～470min，更优选为440～460min，最优选为442～458min；所述第八阶段的温度为1400～1420℃，更优选为1402～1418℃，更优选为1405～1415℃，最优选为1408～1412℃。本发明对所述第八阶段晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第八阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为16～20cm。

本发明所述第九阶段晶体生长过程中，所述第九阶段的时间优选为120～180min，更优选为130～170min，最优选为140～160min；所述第九阶段的温度为1400～1420℃，更优选为1402～1418℃，更优选为1405～1415℃，最优选为1408～1412℃。本发明对所述第九阶段晶体生长过程中，晶体生长速度不做特别限制，以硅料晶体在上述第九阶段的温度和第九阶段的时间的条件下进行常规的晶体生长即可；本发明对所述晶体生长的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知硅料晶体生长的条件即可；本发明对所述第九阶段晶体生长过程中，多晶硅结晶炉的隔热笼开度没有特别限制，本领域技术人员可以根据温度控制情况进行自行调整，本发明优选为14～18cm。

本发明通过控制不同阶段的长晶速率，使得长晶初期到中后期长晶速率缓慢的平稳的过渡，提高低密度缺陷晶体定向竖直生长成功率，并且抑制缺陷的繁殖速率，从而持续得到高质量晶体，最终达到提高电池转换效率和产品良率。

本发明基于多晶硅不同晶面其缺陷密度不同，不同晶面的生长环境也不同，以及高质量晶体的持续生长与固液界面的温度梯度有着密切的关系，随着晶体的生长高度的增加，固液界面的温度梯度变化较大，而温度梯度可以通过晶体生长速率直观反馈，通过控制形核阶段过冷度以及不同长晶阶段生长速率，即控制互不等同的初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率，保持其稳定而且逐渐下降的趋势，同样也是控制长晶初期的温度、长晶中期的温度和长晶后期的温度，保持其稳定而且逐渐下降的趋势，从而在很大程度上提高硅片质量，最终达到提高电池转换效率的目的。

本发明经过上述步骤后，优选还包括硅锭退火和硅锭冷却步骤后，最后得到多晶硅铸锭。本发明对所述硅锭退火的过程和设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅锭退火的过程和设备即可，本发明优选为将硅锭降温至1350～1380℃，进行硅锭退火过程，并保温1～5h；本发明对所述硅锭冷却的过程和设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅锭冷却的过程和设备即可，本发明优选为将硅锭冷却的时间控制在12～20h；本发明对上述硅锭退火和硅锭冷却的具体工艺选择和顺序，以及外加额外工艺步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的工艺选择和顺序即可，也可以根据实际生产情况、产品质量要求以及特性要求进行选择或更换。

本发明经过上述步骤最后得到了多晶硅铸锭，本发明从硅锭生长过程入手，针对现有的形核阶段过冷度差异性控制，形核质量不稳定的现象，以及长晶工艺中不合理控制温度和速率，导致头中尾硅片效率差异较大的问题。本发明将硅锭生长过程分为形核初期、长晶初期、长晶中期和长晶后期，并进一步细分为形核初期和九个不同的晶体生长阶段，首先通过控制形核初期的超大过冷度，加大形核阶段的过冷度，使得形核环境与低缺陷晶面的理论环境相贴近，从源头抑制缺陷形成，提高低密度晶面形核整体均匀性，进而降低了缺陷的形成几率，提高了高质量晶体的形核几率；然后在长晶初期采用极限低过冷度控制技术，通过控制长晶初期低过冷度，缓慢降低长晶初期与中后期的长晶速率差异，达到平稳的或者微凸的固液界面，从而确保高质量晶体的持续生长，而且长晶初期和中期长晶速率的控制，还可以有效的降低红区宽度，从而提高整锭良率；最后通过控制长晶中后期长晶的速率，通过对长晶中后期的过冷度控制，使得长晶初期到中后期长晶速率缓慢过渡，促进晶体定向竖状生长，抑制缺陷的繁殖速率，最终提高了电池转换效率和产品良率。

实验结果表明，采用本发明提供的多晶硅晶体的生长工艺，产品平均良率为73％，制备的多晶硅电池平均转换效率为18.05％。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的多晶硅晶体的生长工艺进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

首先将硅料放入GT炉中开始加热，360min中后加热至1400℃，再升温至1530℃恒温进行硅料熔化，720min后，得到完全熔化的硅料；

然后将完全熔化的硅料放入多晶硅长晶炉中进行晶体生长过程，在形核初期，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为10cm，控制在1420℃的条件下进行晶体生长，形核初期的晶体生长时间为30min；

再进入长晶初期的第一阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为12cm，控制在1420℃的条件下进行晶体生长，第一阶段晶体生长的时间为30min；

再进入长晶初期的第二阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为12cm，控制在1425℃的条件下进行晶体生长，第二阶段晶体生长的时间为120min，稳定第二阶段晶体生长的长晶速率为1.2cm/h；

再进入长晶中期的第三阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为4cm，控制在1415℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为360min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.2cm/h；

再进入长晶中期的第四阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为4cm，控制在1410℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为30min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.22cm/h；

再进入长晶中期的第五阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为8cm，控制在1410℃的条件下进行晶体生长，第五阶段晶体生长的时间为60min，稳定第五阶段晶体生长的长晶速率为1.23cm/h；

再进入长晶中期的第六阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为8cm，控制在1405℃的条件下进行晶体生长，第六阶段晶体生长的时间为180min，稳定第六阶段晶体生长的长晶速率为1.1cm/h；

再进入长晶后期的第七阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为12cm，控制在1405℃的条件下进行晶体生长，第七阶段晶体生长的时间为240min，稳定第七阶段晶体生长的长晶速率为1.0cm/h；

再进入长晶后期的第八阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为16cm，控制在1400℃的条件下进行晶体生长，第八阶段晶体生长的时间为420min，稳定第八阶段晶体生长的长晶速率为0.9cm/h；

再进入长晶后期的第九阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为14cm，控制在1400℃的条件下进行晶体生长，第九阶段晶体生长的时间为120min；

然后降温至1350℃，进入硅锭退火过程，恒温2小时后，再继续冷却12h后，得到多晶硅铸锭。

对本发明上述步骤制备得到的多晶硅铸锭，采用WT-2000型少子寿命测试仪进行检测，检测结果参见图1，图1为本发明实施例1制备的多晶硅铸锭和普通多晶硅铸锭的少子分布对比图；左边为普通锭，右边为本发明实施例制备的实验锭，由图1对比可知，本发明制备的多晶硅铸锭少子分布明显优于普通锭。

对本发明上述步骤制备得到的多晶硅铸锭，采用IRB-50晶锭红外探伤仪进行检测，检测结果参见图2，图2为本发明实施例1制备的多晶硅铸锭和普通多晶硅铸锭的晶粒对比图；左边为普通锭，右边为本发明实施例制备的实验锭，由图2可知，本发明制备的多晶硅铸锭晶粒定向性明显优于普通锭。

这表明本发明的制备方法能够提高高质量晶体的形核几率以及低密度缺陷晶体定向竖直生长成功率，并且抑制缺陷的繁殖速率，持续得到高质量晶体，从而获得更优的少子排布和更好的定向排列的柱状晶。

采用本发明上述步骤进行批量生产，经检测，产品平均良率为73％；采用上述步骤制备的多晶硅铸锭，制备得到多晶硅电池，检测结果表明，电池平均转换效率为18.05％。

由上述检测结果可以看出，本发明的制备的多晶硅铸锭具有较高的产品良率，降低了生产成本，其制备的硅片电池具有较高的转换效率。

实施例2

首先将硅料放入GT炉中开始加热，360min中后加热至1400℃，再升温至1545℃恒温进行硅料熔化，720min后，得到完全熔化的硅料；

然后将完全熔化的硅料放入多晶硅长晶炉中进行晶体生长过程，在形核初期，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为11cm，控制在1425℃的条件下进行晶体生长，形核初期的晶体生长时间为30min；

再进入长晶初期的第一阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为13cm，控制在1430℃的条件下进行晶体生长，第一阶段晶体生长的时间为40min；

再进入长晶初期的第二阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为13cm，控制在1430℃的条件下进行晶体生长，第二阶段晶体生长的时间为140min，稳定第二阶段晶体生长的长晶速率为1.25cm/h；

再进入长晶中期的第三阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为5cm，控制在1420℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为400min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.25cm/h；

再进入长晶中期的第四阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为6cm，控制在1415℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为60min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.24cm/h；

再进入长晶中期的第五阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为10cm，控制在1415℃的条件下进行晶体生长，第五阶段晶体生长的时间为90min，稳定第五阶段晶体生长的长晶速率为1.25cm/h；

再进入长晶中期的第六阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为10cm，控制在1410℃的条件下进行晶体生长，第六阶段晶体生长的时间为210min，稳定第六阶段晶体生长的长晶速率为1.14cm/h；

再进入长晶后期的第七阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为14cm，控制在1410℃的条件下进行晶体生长，第七阶段晶体生长的时间为270min，稳定第七阶段晶体生长的长晶速率为1.05cm/h；

再进入长晶后期的第八阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为18cm，控制在1405℃的条件下进行晶体生长，第八阶段晶体生长的时间为450min，稳定第八阶段晶体生长的长晶速率为1.0cm/h；

再进入长晶后期的第九阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为16cm，控制在1405℃的条件下进行晶体生长，第九阶段晶体生长的时间为150min；

然后降温至1360℃，进入硅锭退火过程，恒温3.0小时后，再继续冷却15h后，得到多晶硅铸锭。

采用本发明上述步骤进行批量生产，经检测，产品平均良率为73.5％；采用上述步骤制备的多晶硅铸锭，制备得到多晶硅电池，检测结果表明，电池平均转换效率为18.04％。

由上述检测结果可以看出，本发明的制备的多晶硅铸锭具有较高的产品良率，降低了生产成本，其制备的硅片电池具有较高的转换效率。

实施例3

首先将硅料放入GT炉中开始加热，360min中后加热至1400℃，再升温至1550℃恒温进行硅料熔化，720min后，得到完全熔化的硅料；

然后将完全熔化的硅料放入多晶硅长晶炉中进行晶体生长过程，在形核初期，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为12cm，控制在1430℃的条件下进行晶体生长，形核初期的晶体生长时间为30min；

再进入长晶初期的第一阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为14cm，控制在1435℃的条件下进行晶体生长，第一阶段晶体生长的时间为60min；

再进入长晶初期的第二阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为14cm，控制在1435℃的条件下进行晶体生长，第二阶段晶体生长的时间为150min，稳定第二阶段晶体生长的长晶速率为1.30cm/h；

再进入长晶中期的第三阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为6cm，控制在1425℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为420min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.28cm/h；

再进入长晶中期的第四阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为7cm，控制在1420℃的条件下进行晶体生长，第四阶段晶体生长的时间为90min，稳定第四阶段晶体生长的长晶速率为1.25cm/h；

再进入长晶中期的第五阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为11cm，控制在1420℃的条件下进行晶体生长，第五阶段晶体生长的时间为120min，稳定第五阶段晶体生长的长晶速率为1.23cm/h；

再进入长晶中期的第六阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为11cm，控制在1415℃的条件下进行晶体生长，第六阶段晶体生长的时间为240min，稳定第六阶段晶体生长的长晶速率为1.15cm/h；

再进入长晶后期的第七阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为15cm，控制在1415℃的条件下进行晶体生长，第七阶段晶体生长的时间为300min，稳定第七阶段晶体生长的长晶速率为1.10cm/h；

再进入长晶后期的第八阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为19cm，控制在1408℃的条件下进行晶体生长，第八阶段晶体生长的时间为480min，稳定第八阶段晶体生长的长晶速率为1.05cm/h；

再进入长晶后期的第九阶段晶体生长，调节多晶硅结晶炉的隔热笼开度为17cm，控制在1408℃的条件下进行晶体生长，第九阶段晶体生长的时间为180min；

然后降温至1370℃，进入硅锭退火过程，恒温3.5小时后，再继续冷却16h后，得到多晶硅铸锭。

采用本发明上述步骤进行批量生产，经检测，产品平均良率为73.1％；采用上述步骤制备的多晶硅铸锭，制备得到多晶硅电池，检测结果表明，电池平均转换效率为18.06％。

由上述检测结果可以看出，本发明的制备的多晶硅铸锭具有较高的产品良率，降低了生产成本，其制备的硅片电池具有较高的转换效率。

以上对本发明所提供的一种多晶硅晶体的生长工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多晶硅晶体的生长工艺，其特征在于，包括，

A)将硅料加热熔化后，在形核初期，在第一温度的条件下进行晶体生长；

B)在长晶初期，在初期长晶速率的条件下进行晶体生长；

C)在长晶中期，在中期长晶速率的条件下进行晶体生长；

D)在长晶后期，在后期长晶速率的条件下进行晶体生长，得到多晶硅铸锭；

所述初期长晶速率、中期长晶速率和后期长晶速率互不等同。

2.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述初期长晶速率为1.2～1.4cm/h；所述中期长晶速率为1.1～1.4cm/h；所述后期长晶速率为0.9～1.2cm/h。

3.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述第一温度为1420～1430℃；所述长晶初期的温度为1420～1440℃；所述长晶中期的温度为1405～1435℃；所述长晶后期的温度为1405～1420℃。

4.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述形核初期的时间为30～150min；所述长晶初期的时间为150～240min；所述长晶中期的时间为630～1140min；所述长晶后期的时间为780～1020min。

5.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述步骤B)具体为，

B1)在长晶初期，进行第一阶段晶体生长；

B2)在长晶初期，在第二长晶速率的条件下进行第二阶段晶体生长。

6.根据权利要求5所述的生长工艺，其特征在于，所述第一阶段的时间为30～60min，所述第一阶段的温度为1420～1440℃；

所述第二长晶速率为1.2～1.4cm/h，所述第二阶段的时间为120～180min，所述第二阶段的温度为1420～1440℃。

7.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述步骤C)具体为，

C1)在长晶中期，在第三长晶速率的条件下进行第三阶段晶体生长；

C2)在长晶中期，在第四长晶速率的条件下进行第四阶段晶体生长；

C3)在长晶中期，在第五长晶速率的条件下进行第五阶段晶体生长；

C4)在长晶中期，在第六长晶速率的条件下进行第六阶段晶体生长。

8.根据权利要求7所述的生长工艺，其特征在于，所述第三长晶速率为1.2～1.4cm/h，所述第三阶段的时间为360～480min，所述第三阶段的温度为1415～1435℃；

所述第四长晶速率为1.2～1.3cm/h，所述第四阶段的时间为30～180min，所述第四阶段的温度为1410～1430℃；

所述第五长晶速率为1.2～1.3cm/h，所述第五阶段的时间为60～180min，所述第五阶段的温度为1410～1430℃；

所述第六长晶速率为1.1～1.2cm/h，所述第六阶段的时间为180～300min，所述第六阶段的温度为1405～1425℃。

9.根据权利要求1所述的生长工艺，其特征在于，所述步骤D)具体为，

D1)在长晶后期，在第七长晶速率的条件下进行第七阶段晶体生长；

D2)在长晶后期，在第八长晶速率的条件下进行第八阶段晶体生长；

D3)在长晶后期，进行第九阶段晶体生长，得到多晶硅铸锭。

10.根据权利要求9所述的生长工艺，其特征在于，所述第七长晶速率为1.0～1.2cm/h，所述第七阶段的时间为240～360min，所述第七阶段的温度为1405～1425℃；

所述第八长晶速率为0.9～1.2cm/h，所述第八阶段的时间为420～480min，所述第八阶段的温度为1400～1420℃；

所述第九阶段的时间为120～180min，所述第九阶段的温度为1400～1420℃。