CN105586632A - 一种类单晶硅铸锭工艺 - Google Patents

一种类单晶硅铸锭工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN105586632A
CN105586632A CN201610159116.9A CN201610159116A CN105586632A CN 105586632 A CN105586632 A CN 105586632A CN 201610159116 A CN201610159116 A CN 201610159116A CN 105586632 A CN105586632 A CN 105586632A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seed crystal
crystal blocks
blocks
crucible
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610159116.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105586632B (zh
Inventor
王强
黄倩露
周海峰
邓洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong friend Tuo Amperex Technology Limited
Original Assignee
Nantong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong University filed Critical Nantong University
Priority to CN201610159116.9A priority Critical patent/CN105586632B/zh
Publication of CN105586632A publication Critical patent/CN105586632A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105586632B publication Critical patent/CN105586632B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/14—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种类单晶硅铸锭工艺，主要步骤包括：在平底坩埚底部籽晶碎块；边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；在籽晶块上铺设硅料；将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。相对于传统类单晶硅铸锭工艺，本发明工艺中使用了特有结构的籽晶块，使得铸锭过程中，拼接面缝隙能够得到很好的控制，提高了单晶面积比例；并且由于边框籽晶块的限位作用，防止籽晶块受热翘起，提高铸锭质量。

Description

一种类单晶硅铸锭工艺
技术领域
本发明涉及类单晶硅铸锭工艺，属于硅晶体制造领域。
背景技术
近年来，单晶硅和多晶硅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。
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。
为此，中国发明专利申请CN103060892A公开了“一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法”，将籽晶传统的竖直拼接面改为带有倾斜角度或弧度的拼接面。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。
然而发明人经过实验发现，上述方法仍在存在缺陷。虽然斜面拼接结构一定程度上减少了间隙的产生，但是由于斜面光滑使得该籽晶拼接方式在籽晶拼接和硅料装填过程中，可能因压力导致籽晶拼接变形，从而影响后续单晶铸锭质量，对籽晶的拼接提出了很高的技术要求，工艺容差性能变差。同时，在加热过程中紧致排列的籽晶受热膨胀，可能会翘起，籽晶之间的拼接缝隙会变大，导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种类单晶硅铸锭工艺，单晶铸锭质量较高。
为了达到上述目的，本发明提出的一种类单晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：
T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；
T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；
T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；
T4、在籽晶块上铺设硅料；
T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；
T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；
T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。
本发明进一步的改进在于：
1、所述边框籽晶块具有适合从上方压住平板籽晶块上表面的凸块。
2、所述平板籽晶块的拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。
3、所述边框籽晶块的下端具有尖部，用于插入铺设于坩埚底部的籽晶碎块之间。
4、所述凸块的上方具有向坩埚内部倾斜的斜面，用于引导平板籽晶块从凸块上方划入凸块下方。
本发明铸锭工艺中，放入边框籽晶块和平板籽晶块的顺序可以对调。即：
步骤T2替换为：将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，使平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间留有均匀的间隙。
步骤T3替换为：将边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间的间隙，并下压使边框籽晶块插入籽晶碎块，边框籽晶块的凸块压住平板籽晶块。
本发明的边框籽晶块具有能够压住平板籽晶块的凸块，因此当平板籽晶块放入坩埚后即被固定住而不可晃动，由于边框籽晶块的挤压作用，降低平板籽晶块受热翘起的可能，确保单晶铸锭质量。此外，借助边框籽晶块，平板籽晶块能够更接近水平的放置于坩埚内，这是因为坩埚底部难以保证绝对的平整，铺设籽晶碎块后也会降低平整度，而边框籽晶块能够起到基准定位的作用，即在边框籽晶块插入位置准确的情况下，边框籽晶块的凸台即形成了“水平基准线”，借助该“水平基准线”能够做到放入的平板籽晶块保持水平，为提高铸锭质量奠定了基础。
相对于传统类单晶硅铸锭工艺，本发明工艺中使用了特有结构的籽晶块，使得铸锭过程中，拼接面缝隙能够得到很好的控制，提高了单晶面积比例；并且由于边框籽晶块的限位作用，防止籽晶块受热翘起，提高铸锭质量。此外；本发明铸锭工艺中籽晶拼接方法简单，操作人员容易掌握，且拼接质量能够得到有效保证，从而使本发明类单晶硅铸锭工艺能够在工业上实现，具有较强的实用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明铸锭工艺所用籽晶块的拼接示意图。
图中标号示意如下：1-边框籽晶块，2-平板籽晶块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
图1是本发明籽晶块拼接示意图。如图1所示，为本发明铸锭工艺所用籽晶块拼接示意图。籽晶块包括：用于靠在坩埚四周内壁的边框籽晶块1，和用于放置在所述边框籽晶块围成区域内的若干平板籽晶块2，相邻平板籽晶块之间具有拼接结构，边框籽晶块1具有适合从上方压住平板籽晶块上表面的凸块；凸块的上方具有向坩埚内部倾斜的斜面，用于引导平板籽晶块从凸块上方划入凸块下方；边框籽晶块1的下端具有尖部，用于插入铺设于坩埚底部的籽晶碎块之间。平板籽晶块的拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。
本实施例类单晶硅铸锭的工艺，步骤如下：
T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；
T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；
T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；
T4、在籽晶块上铺设硅料；
T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；
T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；
T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。
实施例二
本实施例铸锭工艺主要步骤与实施例一相同，主要区别在于：放入边框籽晶块和平板籽晶块的顺序可以对调。即：
步骤T2替换为：将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，使平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间留有均匀的间隙。
步骤T3替换为：将边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间的间隙，并下压使边框籽晶块插入籽晶碎块，边框籽晶块的凸块压住平板籽晶块。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种类单晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：
T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；
T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；
T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；
T4、在籽晶块上铺设硅料；
T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；
T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；
T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。
2.根据权利要求1所述类单晶硅铸锭工艺，其特征在于：所述边框籽晶块具有适合从上方压住平板籽晶块上表面的凸块。
3.根据权利要求1所述类单晶硅铸锭工艺，其特征在于：所述平板籽晶块的拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。
4.根据权利要求1所述类单晶硅铸锭工艺，其特征在于：所述边框籽晶块的下端具有尖部，用于插入铺设于坩埚底部的籽晶碎块之间。
5.根据权利要求2所述类单晶硅铸锭工艺，其特征在于：所述凸块的上方具有向坩埚内部倾斜的斜面，用于引导平板籽晶块从凸块上方划入凸块下方。
CN201610159116.9A 2016-03-18 2016-03-18 一种类单晶硅铸锭工艺 Expired - Fee Related CN105586632B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610159116.9A CN105586632B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种类单晶硅铸锭工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610159116.9A CN105586632B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种类单晶硅铸锭工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105586632A true CN105586632A (zh) 2016-05-18
CN105586632B CN105586632B (zh) 2018-03-30

Family

ID=55926526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610159116.9A Expired - Fee Related CN105586632B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种类单晶硅铸锭工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105586632B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017156989A1 (zh) * 2016-03-18 2017-09-21 南通大学 适用于类单晶硅铸锭的籽晶块
CN107475770A (zh) * 2017-08-30 2017-12-15 晶科能源有限公司 一种类单晶籽晶及类单晶生长方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11236291A (ja) * 1998-02-25 1999-08-31 Mitsubishi Materials Corp 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴット製造用ルツボ
CN202265623U (zh) * 2011-06-27 2012-06-06 光为绿色新能源股份有限公司 一种用多晶铸锭炉铸造类单晶硅用的坩埚
CN103060892A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN103952756A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种类单晶硅铸锭用籽晶的粘连拼接方法及铸锭用坩埚
CN104131332A (zh) * 2014-08-06 2014-11-05 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种籽晶的铺设方法、准单晶硅片及其制备方法
CN104762654A (zh) * 2015-04-15 2015-07-08 南通大学 籽晶生产方法及使用该籽晶进行类单晶硅铸锭的工艺
CN104775148A (zh) * 2015-04-15 2015-07-15 南通大学 类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN104775156A (zh) * 2015-04-15 2015-07-15 南通大学 适用于定向凝固铸锭的籽晶拼接结构
CN104831343A (zh) * 2015-04-15 2015-08-12 南通大学 一种铸锭用籽晶拼接结构
CN105316758A (zh) * 2015-11-11 2016-02-10 常州天合光能有限公司 一种籽晶的铺设方法及铸锭单晶生长方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11236291A (ja) * 1998-02-25 1999-08-31 Mitsubishi Materials Corp 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴット製造用ルツボ
CN202265623U (zh) * 2011-06-27 2012-06-06 光为绿色新能源股份有限公司 一种用多晶铸锭炉铸造类单晶硅用的坩埚
CN103060892A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN103952756A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种类单晶硅铸锭用籽晶的粘连拼接方法及铸锭用坩埚
CN104131332A (zh) * 2014-08-06 2014-11-05 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种籽晶的铺设方法、准单晶硅片及其制备方法
CN104762654A (zh) * 2015-04-15 2015-07-08 南通大学 籽晶生产方法及使用该籽晶进行类单晶硅铸锭的工艺
CN104775148A (zh) * 2015-04-15 2015-07-15 南通大学 类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN104775156A (zh) * 2015-04-15 2015-07-15 南通大学 适用于定向凝固铸锭的籽晶拼接结构
CN104831343A (zh) * 2015-04-15 2015-08-12 南通大学 一种铸锭用籽晶拼接结构
CN105316758A (zh) * 2015-11-11 2016-02-10 常州天合光能有限公司 一种籽晶的铺设方法及铸锭单晶生长方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017156989A1 (zh) * 2016-03-18 2017-09-21 南通大学 适用于类单晶硅铸锭的籽晶块
CN107475770A (zh) * 2017-08-30 2017-12-15 晶科能源有限公司 一种类单晶籽晶及类单晶生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105586632B (zh) 2018-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102268724B (zh) 多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池
CN103060892B (zh) 一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN102277618B (zh) 多晶硅锭的制造方法
CN102758242B (zh) 一种单晶硅铸锭的装料方法及单晶硅铸锭方法
CN104775148A (zh) 类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法
CN103215633B (zh) 一种多晶硅的铸锭方法
JP6370776B2 (ja) 改善された単結晶シリコンの製造
CN104831343A (zh) 一种铸锭用籽晶拼接结构
CN104131332A (zh) 一种籽晶的铺设方法、准单晶硅片及其制备方法
CN102644108B (zh) 一种铸造法生长硅晶体的装料方法以及生长硅晶体的工艺
JP2015505800A (ja) 単結晶シリコンの作製
CN105586632A (zh) 一种类单晶硅铸锭工艺
CN103132142B (zh) 多晶硅锭及其制造方法
CN104775156A (zh) 适用于定向凝固铸锭的籽晶拼接结构
CN104818521A (zh) 类单晶硅铸锭用籽晶拼接结构
CN104762654A (zh) 籽晶生产方法及使用该籽晶进行类单晶硅铸锭的工艺
CN202881449U (zh) 一种光伏铸锭炉用保温石墨护板
CN105603508A (zh) 一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构
CN105755531B (zh) 一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶块
CN105603509A (zh) 一种基于定向凝固铸锭的类单晶硅生产工艺
CN103255471B (zh) 晶体硅及其制备方法
CN202144522U (zh) 一种坩埚
CN204281893U (zh) 一种定向固化保温热场
CN205635858U (zh) 一种籽晶块
KR101196378B1 (ko) 멀티 다결정 실리콘 잉곳 제조장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20180305

Address after: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Institute of electronic and Information Engineering Nantong University

Applicant after: Nantong University

Applicant after: Nantong friend Tuo Amperex Technology Limited

Address before: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9 Institute of electronic and Information Engineering Nantong University

Applicant before: Nantong University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180330

Termination date: 20200318