CN106245113B - 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：提供铸锭炉，铸锭炉包括坩埚和隔热笼；在坩埚底部铺设籽晶，籽晶之间留有缝隙，形成籽晶层；在籽晶层上方填装硅料；加热使坩埚底部的温度上升，待籽晶表面开始熔化形成熔融液时，开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，继续加热使硅料熔化形成硅熔体；待硅料熔化后形成的固液界面刚好处在或深入致密的籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶层基础上开始长晶；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。本发明在致密的籽晶层上形核结晶，可以避免杂质渗透到籽晶中，同时形核容易控制，得到的多晶硅锭质量较好。
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
近年来，太阳能作为一种新兴的可再生绿色能源已经成为了人们开发和研究的热点。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅成为行业内最主要的光伏材料之一，并逐步取代传统的直拉单晶硅在太阳能电池材料市场中的主导地位。
目前，多晶硅锭的制备方法主要为采用GT Solar所提供的定向凝固系统法(简称DSS)炉晶体生长技术，该方法通常包括加热、熔化、凝固长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，伴随着坩埚底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发形成随机形核并且随机形核逐渐生长。但由于初始形核没有得到控制，形核过程中容易产生位错，导致晶向杂乱，晶粒不均匀，因此通过该方法制备得到的多晶硅锭质量较低，利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低。
针对上述制备方法中容易产生位错的问题，研究人员报道了一种通过在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶来生长晶体的方法，经过加热融化并控制坩埚底部温度使籽晶不被完全融化，使得硅熔体在未被完全融化的籽晶上生长，该方法制备得到的硅锭晶体相对于使用DSS方法制得的硅锭晶体提高了质量。然而，该方法具有以下缺点：(1)由于籽晶之间存在缝隙，硅料在熔化过程形成的硅熔体会从坩埚上方顺着硅料之间的贯通的缝隙流下来进入籽晶的缝隙并凝固形成晶体，导致籽晶形核不易控制，容易产生大小不均匀的晶粒，这些不均匀的晶粒在应力的作用下互相排挤容易生成位错等缺陷从而影响硅锭整体的质量；(2)硅料之间存在较多贯通的缝隙，缝隙中的气体含有一些微粒杂质，另外，坩埚本体和硅料中也含有一些杂质，在硅料熔化过程中，一方面，坩埚中的气体会夹带微粒杂质运动到底部籽晶从而污染籽晶，另一方面，硅熔体也会携带从坩埚扩散出的杂质以及硅料本身的杂质进入籽晶之间的缝隙并发生凝固，杂质会对籽晶污染，最终引起位错扩散，导致硅晶体的性能下降；(3)由于籽晶之间缝隙较多，长晶后得到的硅锭的尾料中存在较多孔洞，对籽晶的重新利用造成影响。
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，该制备方法能够使多晶硅锭获得良好的初始形核，降低多晶硅锭在生长过程中的位错繁殖，得到高质量多晶硅锭。本发明同时提供了通过该制备方法获得的高质量的多晶硅锭，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：
提供铸锭炉，所述铸锭炉包括坩埚和隔热笼；在所述坩埚底部铺设籽晶，所述籽晶之间留有缝隙，形成籽晶层；在所述籽晶层上方填装硅料；
加热使坩埚底部的温度上升，待所述籽晶表面开始熔化形成熔融液时，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，以降低所述坩埚底部温度，所述熔融液填充在所述籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，然后继续加热使所述硅料熔化形成硅熔体；
待所述硅料熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述致密的籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；
待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
其中，加热使所述坩埚底部的温度为1410-1420℃时，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，以降低所述坩埚底部温度。
其中，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，使所述坩埚底部温度降低至1380℃以下。
其中，所述熔融液凝固后，保持所述隔热笼位置6-7h内不变，随后进一步提升隔热笼的高度值以使所述籽晶不被熔化。
其中，所述籽晶的形状为块状、片状、条状和颗粒状中的至少一种。
其中，所述籽晶包括头尾料、边皮料、单晶硅块、多晶硅块、单晶碎片、多晶碎片、单晶硅碎料、多晶硅碎料和非晶体硅碎料中的一种或几种。
其中，所述籽晶的尺寸大小为0.1μm-10cm。
其中，所述籽晶层的厚度为1cm-6cm。
本发明第一方面提供的多晶硅锭的制备方法，在多晶硅锭制备过程中对籽晶进行一次高温预处理，使籽晶表面的硅熔化形成熔融液，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中，该熔融液后续再凝固形成固体，从而得到没有缝隙的籽晶层，通过该方法制得的多晶硅锭质量较高。另外，该多晶硅锭的尾料中没有孔隙，对该尾料的回收利用更简单。该制备方法在正式铸锭前对籽晶进行一次高温热处理即可，不需要单独对籽晶进行处理，方法简单易操作。
第二方面，本发明提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭按照如第一方面所述的制备方法制得。
本发明第二方面提供的多晶硅锭，杂质较少，少子寿命较高，位错密度较少，多晶硅锭的尾料容易回收利用。
第三方面，本发明提供了一种多晶硅片，所述多晶硅片以本发明第二方面所述的多晶硅锭为原料经开方-切片-清洗制备得到。
本发明第三方面提供的多晶硅片，位错较少，少子寿命较高，性能较好，采用该多晶硅片制得的太阳能电池光电转换效率较高。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
(1)本发明提供的多晶硅锭的制备方法，在多晶硅锭制备过程中对籽晶进行一次高温预处理，使籽晶表面的硅熔化形成熔融液，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中，该熔融液后续再凝固形成固体，使得籽晶之间的缝隙减少，从而得到没有缝隙的籽晶层，通过该方法制得的多晶硅锭质量较高；且该制备方法简单易操作；
(2)本发明提供的多晶硅锭，杂质较少，少子寿命较高，位错密度较少，多晶硅锭的尾料容易回收利用；
(3)本发明提供的多晶硅片，位错较少，少子寿命较高，性能较好，采用该多晶硅片制得的太阳能电池光电转换效率较高。
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为本发明一实施方式中在多晶硅锭制备过程中坩埚底部温度变化示意图；
图2为本发明实施例1制得的多晶硅锭的尾料和对比例1制得的多晶硅锭的尾料形貌图；
图3为本发明实施例1制得的多晶硅锭的尾料和对比例1制得的多晶硅锭的尾料截面图；
图4为本发明实施例1制得的多晶硅锭的硅块和对比例1制得的多晶硅锭的硅块少子寿命检测图；
图5为本发明实施例1制得的多晶硅片和对比例1制得的多晶硅片的位错检测图。
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。
由于常规工艺中籽晶之间存在缝隙，缝隙会影响籽晶的引晶效果，同时会引入杂质，长晶得到的多晶硅锭的尾料中存在较多孔洞，对籽晶的重新利用造成影响。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，在长晶之前，先对籽晶进行一次高温热处理，使籽晶表面在高温状态下熔化并形成熔融液，固体籽晶体积减小，然后在籽晶上方硅料的挤压作用下会使籽晶之间的缝隙减少，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中，然后坩埚底部迅速降温至硅熔点以下，籽晶表面的熔融液会凝固从而填充籽晶之间的缝隙中，最终得到致密的没有孔隙的籽晶层，在该籽晶层上形核结晶得到大小更为均匀的晶粒，从而获得更高质量的多晶硅锭。
第一方面，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括：
提供铸锭炉，铸锭炉包括坩埚和隔热笼；在坩埚底部铺设籽晶，籽晶之间留有缝隙，形成籽晶层；在籽晶层上方填装硅料；
加热使坩埚底部的温度上升，待籽晶表面开始熔化形成熔融液时，开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，然后继续加热使硅料熔化形成硅熔体；
待硅料熔化后形成的固液界面刚好处在或深入致密的籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶层基础上开始长晶；
待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
现有技术铸锭过程中，一般持续高功率地加热坩埚，在炉体顶部靠近加热器位置温度达到1500℃后就小幅度的开启隔热笼防止底部温度过高(这时坩埚底部温度是小于1380℃的)，然后慢慢开大隔热笼，维持TC2温度(GT炉底部温度)不超过1380℃进行化料，整个过程中靠近坩埚底部的籽晶一直是初始的纯料形貌，不会被熔化。
本发明铸锭过程中，持续加热坩埚，使坩埚底部的籽晶表面开始熔化时，开启隔热笼，以降低坩埚底部的温度，使熔化的籽晶凝固，籽晶经过表面熔化-凝固这样的物理过程，使籽晶之间的缝隙消失，得到一整块致密的籽晶。
图1为本发明一实施方式中在多晶硅锭制备过程中坩埚底部温度变化示意图；图1中曲线1为常规工艺多晶硅锭制备过程中坩埚底部的温度变化曲线，曲线2为本发明多晶硅锭制备过程中坩埚底部的温度变化曲线。图1的纵坐标为温度(℃)，横坐标为时间(min)，从图1中可以看出，本发明坩埚底部的温度可达1400℃以上，此时籽晶表面开始熔化形成熔融液，然后坩埚底部的温度迅速降低，降低至1380℃左右(如图1圆圈处)，此时填充在籽晶之间的缝隙中的熔融液开始凝固，从而得到致密的籽晶层。后续硅料熔化过程中，坩埚底部的温度又下降至1350℃以下，直至形核结晶阶段，坩埚底部温度进一步降低。而常规工艺铸锭过程中，坩埚底部的温度一直处于1380℃以下，靠近坩埚底部的位置的籽晶始终维持初始的形貌，不会发生熔化的现象，籽晶之间位置的缝隙也不会减少。
本发明一实施方式中，铸锭过程中，坩埚底部的温度在1380℃以上的时间为1.5-2h。
本发明一实施方式中，籽晶表面熔化然后又凝固结晶是一个物理过程，不会改变籽晶本身的性质。
本发明一实施方式中，在坩埚底部铺设籽晶时，籽晶之间不可避免留有缝隙，至于籽晶之间的缝隙宽度为业界常规技术选择，在此不做特殊限定。
本发明一实施方式中，坩埚底部设有一层氮化硅涂层，在氮化硅涂层表面再铺设籽晶。
本发明一实施方式中，籽晶的形状为块状、片状、条状和颗粒状中的至少一种。
本发明一实施方式中，籽晶包括头尾料、边皮料、单晶硅块、多晶硅块、单晶碎片、多晶碎片、单晶硅碎料、多晶硅碎料和非晶体硅碎料中的一种或几种。
头尾料和边皮料为从硅锭晶体中切割下来的较为平整的硅料；单晶碎片和多晶碎片为硅晶体切割过程中产生的碎片；单晶硅碎料、多晶硅碎料和非晶体硅碎料为纯硅料或硅锭晶体废料经破碎后得到。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.1μm-10cm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.5μm-2cm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.1μm-3cm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.1μm-1μm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.1μm-1mm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为1μm-1mm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为1mm-3cm。
本发明一实施方式中，籽晶的尺寸大小为1cm-3cm。
本发明一优选实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm或0.9μm。
本发明一优选实施方式中，籽晶的尺寸大小为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
本发明一优选实施方式中，籽晶的尺寸大小为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
本发明一优选实施方式中，籽晶的尺寸大小为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1cm、2cm或3cm。
本发明一优选实施方式中，籽晶为尺寸大小为0.1μm-3cm的非晶体硅碎料。
本发明一优选实施方式中，籽晶为尺寸大小为0.5μm-2cm的非晶体硅碎料。
本发明一优选实施方式中，籽晶为尺寸大小为0.1μm-1mm的非晶体硅碎料。
本发明一实施方式中，籽晶层的厚度为1cm-5cm。
本发明一实施方式中，籽晶层的厚度为1cm、2cm、3cm、4cm或5cm。
本发明一实施方式中，本发明硅料的选择为业界常规选择，对此不做特殊限定。
本发明一实施方式中，铸锭炉中还包括加热器，开启加热器加热使坩埚底部的温度迅速上升，此时坩埚顶部的温度也逐渐升高，硅料开始熔化。
本发明一实施方式中，当籽晶开始熔化时，此时籽晶表面很薄的一层硅熔融形成熔融液，但是籽晶没有被完全熔化，大部分的籽晶还是为固体状态，然后迅速开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度，使熔融液凝固。当籽晶开始熔化时，籽晶表面在高温状态下成熔融状态，固体籽晶体积减小，然后在籽晶上方硅料的挤压作用下会减少籽晶之间的缝隙，此时，未熔化的籽晶之间的缝隙填充着熔融液，然后坩埚底部迅速降温至硅熔点以下，籽晶表面的熔融液会凝固从而填充籽晶之间的缝隙最终得到一个没有孔隙的籽晶层。由于籽晶层致密无孔隙，避免了坩埚以及硅熔体中的杂质渗透到籽晶中。然后硅料继续熔化，当硅熔体与籽晶接触时，硅熔体会溶解籽晶表面的杂质，并通过硅熔体的凝固分凝作用将杂质排往籽晶上方，最终将这些杂质通过硅熔体对流作用将其从引晶界面带走，故此时籽晶之间原缝隙处新生成的硅多晶缺陷较少，从而减少引晶界面处晶体缺陷，优化后续长晶质量从而使得到的多晶硅锭中的缺陷较少、位错较少。在该籽晶层上形核结晶更容易控制，得到大小更为均匀的晶粒，从而获得更高质量的多晶硅锭。另外，由于籽晶层致密没有孔洞，后续对硅锭尾料回收处理过程中更加方便，降低了后续处理因药液(药液指的是硅锭尾料酸洗或者碱洗过程中需要用到的酸碱溶液)残留在孔洞内对铸锭带来的风险。
本发明一实施方式中，加热使坩埚底部的温度为1410-1420℃时，开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度。本发明在籽晶表面刚刚开始熔化的时候就开启隔热笼并提升隔热笼的高度，降低坩埚底部温度，实际上坩埚底部温度经过一段时间缓冲后才开始下降，同时籽晶表面刚刚开始熔化的时候就开启隔热笼避免了籽晶被完全熔化，在籽晶开始熔化的时候，籽晶上方的硅料也开始熔化，但此时硅料熔化形成的硅熔体不会滴落至籽晶层中。
本发明一实施方式中，加热使坩埚底部的温度为1410℃、1411℃、1412℃、1413℃、1414℃、1415℃、1416℃、1417℃、1418℃、1419℃或1420℃。
本发明一实施方式中，开启隔热笼并提升隔热笼的高度，使坩埚底部温度降低至1380℃以下。当坩埚底部温度降低至1380℃时，熔融液开始凝固。
本发明一实施方式中，熔融液凝固后，保持隔热笼位置6-7h内不变，随后进一步提升隔热笼的高度值以使籽晶不被熔化。为保证硅料熔化过程中坩埚底部的籽晶不被熔化，进一步提升隔热笼的高度，使坩埚的底部的温度保持在硅熔点以下。
本发明一实施方式中，待硅料熔化后形成的固液界面刚好处在或深入致密的籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶基础上开始长晶。过冷状态的调节为业界常规技术手段，在此不做赘述。
本发明一实施方式中，采用石英棒探测固液界面的位置。
本发明一实施方式中，在硅料的熔化阶段前期，每隔0.5-1h，探测一次固液界面的位置。
本发明一实施方式中，在硅料的熔化阶段后期，每隔0.2-0.5h，探测一次固液界面的位置。
本发明第一方面提供的多晶硅锭的制备方法，在长晶之前，先将籽晶进行一次高温热处理，使籽晶表面在高温状态下成熔融状态，固体籽晶体积减小，然后在籽晶上方硅料的挤压作用下会减少籽晶之间的缝隙，而后迅速降温至熔点以下，籽晶表面的熔融液会凝固从而填充籽晶之间的缝隙中，最终得到一个致密的没有孔隙的籽晶层，形核容易控制，在该籽晶层上形核结晶得到大小更为均匀的晶粒，同时，由于籽晶层致密没有缝隙，坩埚本体和硅料中的杂质难以扩散到籽晶中，从而不会污染籽晶。制备得到的硅锭杂质较少、位错较少，硅锭的尾部致密、不含有孔洞，从而获得更高质量的多晶硅锭。另外，本发明制备方法操作简单，易于规模化的工业生产。
第二方面，本发明提供了一种多晶硅锭，该多晶硅锭按照如上述制备方法制得。
本发明一实施方式中，多晶硅锭的尾部致密，没有孔洞。降低了后续处理因药液残留在孔洞内对铸锭带来的风险，减少了后续尾料的处理难度，尾料的回收利用更方便。
本发明一实施方式中，多晶硅锭的硅块的少子寿命为5-10μs，总的金属杂质含量低于1×102ppmw，位错密度低于1×104/cm2。由于本发明的引晶基础-籽晶层经过高温热处理，籽晶层中不含有孔隙，在一个没有孔隙的形核源界面上形核结晶得到大小更为均匀的晶粒，从而获得更高质量的多晶硅锭。
本发明第二方面提供的多晶硅锭，杂质较少，少子寿命较高，位错密度较少，多晶硅锭的尾料容易回收利用。
第三方面，本发明提供了一种多晶硅片，该多晶硅片以本发明第二方面提供的多晶硅锭为原料经开方-切片-清洗制备得到。
本发明第三方面提供的一种多晶硅片，位错较少，少子寿命较高，性能较好。
实施例1
一种多晶硅锭的制备方法，包括：
提供铸锭炉，铸锭炉包括石英坩埚和隔热笼；在该坩埚内壁喷涂一层氮化硅涂层后，在坩埚底部铺垫尺寸大小为0.1μm的多晶硅碎料，得到厚度为1cm的籽晶层。铺垫完后，在多晶硅碎料上填装各种块状的硅料，直到全部装完；
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，加热使坩埚底部的温度达到1410℃时，此时籽晶表面开始熔化，然后迅速开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度至1380℃以下，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，保持隔热笼位置7h内不变，继续加热使硅料熔化形成硅熔体；在熔化阶段，采用石英棒探测硅熔体与未熔化的硅料所形成的固液界面位置，在熔化阶段前期，每隔1h进行一次探测，在熔化阶段后期，每隔0.5h进行一次探测；
当检测到硅熔体与未熔化的籽晶所形成的固液界面的位置刚好处于致密的籽晶层时，继续打开隔热笼并降温，使硅熔体的温度降低，温度降低幅度大约为10k/min，形成一定的过冷度，硅熔体开始在未熔化的籽晶基础上开始形核长晶；
待全部硅熔体结晶完后，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；对所得太阳能电池，采用德国halm公司电池片检测仪器测定其光电转换效率。测定结果为太阳能电池的光电转换效率为18.2％。
实施例2
一种多晶硅锭的制备方法，包括：
提供铸锭炉，铸锭炉中包括石英坩埚和隔热笼；在该坩埚内壁喷涂一层氮化硅涂层后，在坩埚底部铺垫尺寸为1μm的非晶体硅碎料，得到厚度为2cm的籽晶层。铺垫完后，在多晶硅碎料上填装各种块状的硅料，直到全部装完；
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，加热使坩埚底部的温度达到1420℃时，此时籽晶表面开始熔化，然后迅速开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度至1380℃以下，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，保持隔热笼位置6h内不变，继续加热使硅料熔化形成硅熔体；在熔化阶段，采用石英棒探测硅熔体与未熔化的硅料所形成的固液界面位置，在熔化阶段前期，每隔1h进行一次探测，在熔化阶段后期，每隔0.5h进行一次探测；
当检测到硅熔体与未熔化的籽晶所形成的固液界面的位置深入致密的籽晶层时，继续打开隔热笼并降温，使硅熔体的温度降低，温度降低幅度大约为10k/min，形成一定的过冷度，硅熔体开始在未熔化的籽晶基础上开始形核长晶；
待全部硅熔体结晶完后，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。对所得太阳能电池，采用德国halm公司电池片检测仪器测定其光电转换效率。测定结果为太阳能电池的光电转换效率为18.1％。
实施例3
一种多晶硅锭的制备方法，包括：
提供铸锭炉，铸锭炉中包括石英坩埚和隔热笼；在该坩埚内壁喷涂一层氮化硅涂层后，在坩埚底部铺垫尺寸大小为3cm的单晶硅碎料，得到厚度为6cm的籽晶层。铺垫完后，在多晶硅碎料上填装各种块状的硅料，直到全部装完；
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，加热使坩埚底部的温度迅速上升，加热使坩埚底部的温度为1415℃时，此时籽晶表面开始熔化，然后迅速开启隔热笼并提升隔热笼的高度，以降低坩埚底部温度至1380℃以下，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，保持隔热笼位置7h内不变，继续加热使硅料熔化形成硅熔体；在熔化阶段，采用石英棒探测硅熔体与未熔化的硅料所形成的固液界面位置，在熔化阶段前期，每隔1h进行一次探测，在熔化阶段后期，每隔0.5h进行一次探测；
当检测到硅熔体与未熔化的籽晶所形成的固液界面的位置刚好处在致密的籽晶层时，继续打开隔热笼并降温，使硅熔体的温度降低，温度降低幅度大约为10k/min，形成一定的过冷度，硅熔体开始在未熔化的籽晶基础上开始形核长晶；
待全部硅熔体结晶完后，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
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。对所得太阳能电池，采用德国halm公司电池片检测仪器测定其光电转换效率。测定结果为太阳能电池的光电转换效率为18.3％。
对比例1
一种多晶硅锭的制备方法，包括：
提供铸锭炉，铸锭炉中包括石英坩埚和隔热笼；在该坩埚内壁喷涂一层氮化硅涂层后，在坩埚底部铺垫尺寸大小为0.1μm的多晶硅碎料，得到厚度为1cm的籽晶层；铺垫完后，在多晶硅碎料上填装各种块状的硅料，直到全部装完；
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，在炉体顶部靠近加热器位置温度达到1500℃后就小幅度的开启隔热笼防止底部温度过高，然后慢慢开大隔热笼，维持TC2温度(GT炉底部温度)不超过1380℃进行化料，待硅料熔化后形成的固液界面刚好处在籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶层基础上开始长晶；
待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。
图2为本发明实施例1制得的多晶硅锭的尾料(左图)和对比例1制得的多晶硅锭的尾料形貌图(右图)；从图2中可以看出，本发明实施例1制得的多晶硅锭的尾料烧结成一整块，看不出原始籽晶的形貌。而对比实施例1制得的多晶硅锭的尾料还可以看到原始籽晶的形貌，这说明本发明籽晶在经过高温热处理后，籽晶与籽晶之间的缝隙被硅晶体填充，籽晶与籽晶之间连接在一起，不会出现孔隙，原始熔化前籽晶的相貌不复存在。而常规工艺没有对籽晶进行高温热处理的操作，因此靠近坩埚底部的籽晶仍然保持原来的形貌。
图3为本发明实施例1制得的多晶硅锭的尾料(左图)和对比实施例1制得的多晶硅锭的尾料(右图)的截面图；从图3中可以看出，本发明实施例1制得的多晶硅锭尾料致密，没有因半熔工艺带来孔洞，而对比实施例1制得的多晶硅锭尾料截面产生了较多的孔洞(如右图方框中的孔洞)。
采用WT2000检测所得实施例1多晶硅锭的硅块和对比例1多晶硅锭的硅块少子寿命，检测结果如图4所示，图4为本发明实施例1制得的多晶硅锭的硅块(左图)和对比例1制得的多晶硅锭的硅块(右图)的少子寿命检测图；从图4中可以看出，本发明制得的多晶硅块从底部到头部的少子寿命分布非常均匀(方框处)，低少子寿命区域面积小，少子寿命约为8μs，硅锭质量较高。而对比例1制得的多晶硅锭的硅块靠近坩埚底部容易出现丝状黄带(方框处)，对比例1少子寿命约为6μs，少子寿命较低。
对多晶硅片进行PL(光致发光)检测，图5为本发明实施例1制得的多晶硅片(左图)和对比例1制得的多晶硅片(右图)的位错检测图，从图中可以看出，相对于对比实施例1(如图中圆圈处为黑点团状位错)，本发明制得的多晶硅片的黑点团状位错明显减少，同时，本发明制得的多晶硅片中晶粒的尺寸更均一。
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：本发明实施例1硅锭尾部的平均位错密度为1.6×103/cm2，对比实施例1制得的硅锭尾部的平均位错密度为6.4×103/cm2。
综上，本发明实施例在多晶硅锭制备过程中对籽晶进行高温预处理，使籽晶表面的硅熔化形成熔融液，熔融液填充在籽晶之间的缝隙中，该熔融液后续再凝固后得到致密的没有缝隙的籽晶层，通过该方法制得的多晶硅锭质量较高。
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：
提供铸锭炉，所述铸锭炉包括坩埚和隔热笼；在所述坩埚底部铺设籽晶，所述籽晶之间留有缝隙，形成籽晶层；在所述籽晶层上方填装硅料；
加热使坩埚底部的温度上升，待所述籽晶表面开始熔化形成熔融液时，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，以降低所述坩埚底部温度，所述熔融液填充在所述籽晶之间的缝隙中并凝固，得到致密的籽晶层，然后继续加热使所述硅料熔化形成硅熔体；
待所述硅料熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述致密的籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；
待全部硅熔体结晶完后，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，加热使所述坩埚底部的温度为1410-1420℃时，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，以降低所述坩埚底部温度。
3.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，开启所述隔热笼并提升所述隔热笼的高度，使所述坩埚底部温度降低至1380℃以下。
4.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述熔融液凝固后，保持所述隔热笼位置6-7h内不变，随后进一步提升隔热笼的高度值以使所述籽晶不被熔化。
5.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述籽晶的形状为块状、片状、条状和颗粒状中的至少一种。
6.如权利要求5所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述籽晶包括头尾料、边皮料、单晶硅块、多晶硅块、单晶碎片、多晶碎片、单晶硅碎料、多晶硅碎料和非晶体硅碎料中的一种或几种。
7.如权利要求6所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述籽晶的尺寸大小为0.1μm-10cm。
8.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述籽晶层的厚度为1cm-6cm。
9.一种多晶硅锭，其特征在于，所述多晶硅锭按照如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得，所述多晶硅锭的尾部致密。
10.一种多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片以权利要求9所述的多晶硅锭为原料经开方-切片-清洗制备得到。
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