CN105603508B - 一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构 - Google Patents

一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于包括：用于靠在坩埚四周内壁的边框籽晶块，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，相邻平板籽晶块之间具有拼接结构，所述边框籽晶块呈倒L型，边框籽晶块上端向内延伸形成压块，用于压住平板籽晶块的周边。本发明的边框籽晶块具有能够压住平板籽晶块的压块，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，为提高铸锭质量奠定了基础。

Description

一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构
技术领域
本发明涉及类单晶硅铸锭用籽晶拼接结构，属于硅晶体制造领域。
背景技术
近年来，硅单晶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CN 103060892 A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，提出一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其拼接结构简单，单晶铸锭质量较高。
为了达到上述目的，本发明提出的一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于包括：用于靠在坩埚四周内壁的边框籽晶块，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，相邻平板籽晶块之间具有拼接结构，所述边框籽晶块呈倒L型，边框籽晶块上端向内延伸形成压块，用于压住平板籽晶块的周边。
本发明进一步的改进在于：
1、所述拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。
2、所述平板籽晶块开设有横向柱形孔，相邻平板籽晶块拼接后，所述横向柱形孔对拼形成长条形柱形腔，该柱形腔内插入有硅棒，所述硅棒与柱形通孔内壁的间隙小于0.5mm。
3、所述硅棒通过钻机在籽晶块上横向钻取获得，钻取硅棒后在籽晶块上留下的钻孔即为所述柱形孔。
本发明还提出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、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；
T3、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，使边框籽晶块的压块压住平板籽晶块；
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。
本发明的边框籽晶块具有能够压住平板籽晶块的压块，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，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是实施例一籽晶块拼接示意图。
图2是实施例二籽晶块拼接示意图。
图中标号示意如下：1-边框籽晶块，2-平板籽晶块，3-硅棒。
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
如图1所示，本发明适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，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1块呈倒L型，边框籽晶块1上端向内延伸形成压块，用于压住平板籽晶块的周边。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。
基于该结构的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、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；
T3、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，使边框籽晶块的压块压住平板籽晶块；
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
如图2所示，本实施例与实施例一的区别仅在于平板籽晶块拼接结构上的区别。具体来说：平板籽晶块2开设有横向柱形孔，相邻平板籽晶块拼接后，横向柱形孔对拼形成长条形柱形腔，该柱形腔内插入有硅棒3，硅棒与柱形通孔内壁的间隙小于0.5mm。硅棒3是通过钻机在籽晶块上横向钻取获得的，钻取硅棒后在籽晶块上留下的钻孔即为柱形孔。
相应的，铸锭工艺的T2中，拼接平板籽晶块的方法也需要做适应改变。
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 (4)

1.一种适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于包括：用于靠在坩埚四周内壁的边框籽晶块，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，相邻平板籽晶块之间具有拼接结构，所述边框籽晶块呈倒L型，边框籽晶块上端向内延伸形成压块，用于压住平板籽晶块的周边。
2.根据权利要求1所述的适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于：所述拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。
3.根据权利要求1所述的适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于：所述平板籽晶块开设有横向柱形孔，相邻平板籽晶块拼接后，所述横向柱形孔对拼形成长条形柱形腔，该柱形腔内插入有硅棒，所述硅棒与柱形通孔内壁的间隙小于0.5mm。
4.根据权利要求3所述的适用于类单晶硅铸锭的籽晶拼接结构，其特征在于：所述硅棒通过钻机在籽晶块上横向钻取获得，钻取硅棒后在籽晶块上留下的钻孔即为所述柱形孔。
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