CN107268069A - 晶种的铺设方法及类单晶晶锭的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶种的铺设方法，包括铺设拼接晶种层于长晶容器的底部。上述拼接晶种层包括单晶块及单晶挡片，单晶块经配置位于长晶容器的底部且彼此不接触，单晶挡片分别夹设于相邻单晶块之间的间隙并分别与相邻单晶块接触，且单晶挡片的宽度小于单晶块的宽度。单晶块的晶向相同且朝向同一方向，单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同，且各单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向分别具有不为0度的夹角。本发明提供一种类单晶晶锭制作方法，包括形成熔汤于拼接晶种层上，以及冷却熔汤以使晶粒由拼接晶种层上成长以形成类单晶晶锭。
Description
技术领域
本发明是关于一种晶种的铺设方法及类单晶晶锭的制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种通过吸收太阳光并利用光伏效应(photovoltaic effect)进行光电转换以产生电能的光电组件。目前太阳能电池的材料大部份都是以硅材为主，主要是因硅材为目前地球上最容易取到的第二多元素，其具有材料成本低廉、没有毒性、稳定性高等优点，且其在半导体的应用上已有深厚的基础。
目前硅材料中应用最普遍的是晶体硅材料，包括单晶硅和多晶硅两大类，其中单晶硅晶锭主要是以拉晶法(Czochralski method,CZ method)或浮动区域法(floatingzone method,FZ method)加以备制，而多晶硅晶锭主要是以定向凝固法(DirectionalSolidification method)加以备制。相较于单晶硅的制备方法，定向凝固法所生产的多晶硅晶锭具有制程简单、生产成本低以及具有较大晶锭尺寸等优点而广泛地被应用。相较于单晶硅晶锭，多晶硅晶锭虽然制作成本较低，但多晶硅晶锭中存在大量的晶界和位错缺陷，故导致多晶硅太阳能电池的光电转换效率不如单晶硅太阳能电池。因此，兼顾生产成本与光电转换效率成为多晶硅太阳能电池发展上的重要挑战。
发明内容
本发明一实施例提供一种晶种的铺设方法，包括铺设一拼接晶种层于一长晶容器的底部。上述拼接晶种层包括多个单晶块以及多个单晶挡片，单晶块经配置而位于长晶容器的底部且彼此不接触，单晶挡片分别夹设于相邻的单晶块之间的间隙并分别与相邻的单晶块接触，且单晶挡片的宽度小于单晶块的宽度。单晶块的晶向相同且朝向同一方向，单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同，且各单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角。
本发明的另一实施例提供一种类单晶晶锭的制作方法，包括铺设一拼接晶种层于一长晶容器的底部、形成一熔汤于拼接晶种层上，以及冷却熔汤以使晶粒由拼接晶种层上成长以形成一类单晶晶锭。上述拼接晶种层包括多个单晶块以及多个单晶挡片，单晶块经配置而位于长晶容器的底部且彼此不接触，单晶挡片分别夹设于相邻的单晶块之间的间隙并分别与相邻的单晶块接触，且单晶挡片的宽度小于单晶块的宽度。单晶块的晶向相同且朝向同一方向，单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同，且各单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角。
本发明的方法利用拼接晶种层制作类单晶晶锭，其中拼接晶种层包括单晶块与单晶挡片，且单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同但各单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角，因此可抑制相邻的单晶块所成长出的晶锭之间产生晶界与位错，进而大幅减少缺陷面积比。
附图说明
由以下详细说明与附随图式得以最佳了解本申请案揭示内容的各方面。注意，根据产业的标准实施方式，各种特征并非依比例绘示。实际上，为了清楚讨论，可任意增大或缩小各种特征的尺寸；
图1至图4是本发明一实施例晶种的铺设方法示意图；
图5A是本发明一实施例单晶块的主要晶向与次要晶向的示意图；
图5B是本发明一实施例单晶挡片的主要晶向与次要晶向的示意图；
图6至图9是本本发明一实施例类单晶晶锭的制作方法示意图；
图10是本发明一实施例晶种的铺设方法示意图；
图11至图14是本发明另一实施例类单晶晶锭的制作方法；
图15是本本发明一变化实施例晶种的铺设方法；
图16是本发明又一实施例晶种的铺设方法；
图17是本发明实施例与对照例分别制作出的类单晶硅晶锭的缺陷面积比与晶锭高度的关系图。
符号说明：
10、长晶容器；
12、拼接晶种层；
12A、单晶块；
12B、单晶挡片；
12B1、单晶挡片；
12B2、单晶挡片；
12G、间隙；
A、主要晶向；
B1、次要晶向；
B2、次要晶向；
14、熔汤；
16、类单晶晶锭；
V、长晶方向；
12C、第一外围挡片；
12D、第二外围挡片；
12E、第三外围挡片。
具体实施方式
本发明的一些实施例揭露一种晶种的铺设方法，包括铺设由单晶块与单晶挡片所组合成的拼接晶种层于长晶容器的底部，其中单晶块经配置而位于长晶容器的底部且彼此不接触，且单晶块的晶向相同且朝向同一方向，而单晶挡片配置于相邻的单晶块之间的间隙并与相邻的单晶块接触，且单晶挡片的宽度小于单晶块的宽度。单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同但单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向具有一不为0度的夹角。
本发明的另一些实施例揭露一种类单晶晶锭的制作方法，其利用前述拼接的单晶晶种层以铸锭方式制作出类单晶(monocrystalline-like，或称为近单晶、准单晶)晶锭。进一步说明，本案的方法是利用拼接单晶硅作为晶种，并使用类似多晶硅晶锭的铸锭技术例如定向凝固法的制作方法，以制作出类单晶晶锭，因此其制作成本与多晶晶锭的制作成本接近，且制作出的类单晶晶锭具有与单晶晶锭类似的质量与特性。在发明类单晶晶锭的制作方法中，拼接晶种层的单晶块具有相同的晶向(例如{100}晶向)且朝向同一方向，因此由单晶块所成长出的晶锭也会是单晶且其晶向会朝向相同的方向。另一方面，单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同，因此由单晶挡片所成长出的晶锭与单晶块所成长出的晶锭会具有相同的成长速度，但由于两者的次要晶向朝向不同的方向，因此单晶挡片具有抑制晶界与位错产生的作用，可以减少长晶过程中缺陷的数量，因此可以提升晶锭的光电转换效率。简而言之，本发明方法所备制出的类单晶晶锭，兼顾单晶晶锭的低缺陷、可利用碱性溶液进行湿蚀刻以形成粗糙化表面与可利用钻石切割线(diamond wire)进行切割等优点以及多晶晶锭的低成本优势，因此可加速太阳能电池的发展进程。
请参考图1至图4。图1至图4是本发明一实施例的晶种的铺设方法，其中图1与图3是以俯视图形式绘示，而图2是沿图1的剖面线1-1绘示的剖面示意图，图4是沿图3的剖线2-2绘示的剖面示意图。如图1与图2所示，首先提供一长晶容器10。长晶容器10可以是坩埚或其它耐热材质例如石英、石墨、氮化硅或碳化硅构成的模具。长晶容器10的尺寸(包括底部面积及高度)及形状可视欲制作的晶锭的尺寸与形状加以调整。在本实施例中，长晶容器10为一方形槽体，可用以制作具有长方柱状体的晶锭。在其它实施例中，长晶容器10也可具有其它形状，例如圆柱槽体或其它几何形状的槽体。
如图3与图4所示，接着铺设一拼接晶种层12于长晶容器10的底部，其中拼接晶种层12包括多个单晶块12A以及多个单晶挡片12B。单晶块12A经配置而位于长晶容器10的底部，其中单晶块12A的数目、长度、宽度、厚度与形状等可以视长晶容器10的底部面积、单晶块12A的备制方式或其它因素考虑而加以调整。本实施例以四块具有相同面积的正方形单晶块拼接成2*2矩阵图案为范例说明，但不以此为限。在其它实施例中，可利用其它数目或形状的单晶块拼接成任意的图案，例如5*5矩阵图案、6*6矩阵图案、饼图案或其它图案。在一些实施例中，单晶块12A可由拉晶法或浮动区域法所制作出的单晶柱体所切割而获致，但不以此为限。本实施例的单晶块12A具有相同的晶向(例如{100}晶向)，但不以此为限，且单晶块12A在铺设在长晶容器10的底部时经配置而使得所有的单晶块12A的晶向朝向同一方向。此外，单晶块12A彼此不接触，也就是说，任两相邻的单晶块12A的相对侧壁之间存在间隙12G。举例而言，本实施例的四块单晶块12A铺设于长晶容器10的底部的四个角落，因此单晶块12A之间会存在十字形的间隙12G。
另一方面，将单晶挡片12B铺设于长晶容器10的底部并使得单晶挡片12B分别夹设于相邻的单晶块12A之间的间隙12G并分别与相邻的单晶块12A接触，其中单晶挡片12B的数目、长度、宽度、厚度与形状等可以视长晶容器10的底部面积、单晶挡片12B的制备方式、单晶块12A的形状与尺寸或其它因素考虑而加以调整。对应单晶块12A的配置，本实施例以四条长方形的单晶挡片12B分别夹设于两相邻的单晶块12A之间的间隙12G内，但不以此为限。在一些实施例中，单晶挡片12B可由拉晶法或浮动区域法所制作出的单晶柱体所切割而获致，因此单晶挡片12B与单晶块12A会具有相同的主要晶向，且沿不同方向切割单晶柱体的作法可以使得单晶挡片12B与单晶块12A具有不同的次要晶向。请参阅图5A与图5B。图5A是本发明一实施例单晶块的主要晶向与次要晶向的示意图，且图5B是本发明一实施例单晶挡片的主要晶向与次要晶向的示意图。如图5A与图5B所示，单晶块12A与单晶挡片12B可由同一单晶柱体切割所获致，因此单晶块12A与单晶挡片12B会具有相同的主要晶向A，且沿不同方向切割单晶柱体的作法可以使得单晶块12A具有次要晶向B1及使单晶挡片12B具有次要晶向B2。在一些实施例中，单晶挡片12B利用钻石线切割所获致，其中线切割的切片角度优选地介于1度至40度，且更优选地介于10度至30度，例如10度、20度或30度，但不以此为限。因此，单晶档片12B的次要晶向B2和单晶块12A的次要晶向B1的夹角优选地介于1度至40度之间，且更优选地介于10度至30度，但不以此为限。在本发明的方法中，只要使单晶档片12B的次要晶向B2和单晶块12A的次要晶向B1的夹角不为0度，即可以具有抑制相邻的单晶块12A所成长出的晶锭之间产生晶界与位错的作用。另外值得说明的是，单晶档片12B的次要晶向B2和单晶块12A的次要晶向B1的夹角为0度或90度实质上是一样的角度，也就是说，单晶档片12B的次要晶向B2和单晶块12A的次要晶向B1的夹角介于0度至45度实质上即等于单晶档片12B的次要晶向B2和单晶块12A的次要晶向B1的夹角介于45度至90度。在一些实施例中，面积较大的单晶块12A可先铺设于长晶容器10的底部，再将面积较小的单晶挡片12B填入单晶块12A之间的间隙12G内，但不以此为限。在其它实施例中，亦可先将单晶挡片12B铺设于长晶容器10的底部，再将单晶块12A铺设于长晶容器10的底部；或者，可先将单晶块12A与单晶挡片12B组合成拼接晶种层12再同时铺设于长晶容器10的底部。
在一些实施例中，不同的单晶挡片12B的次要晶向可朝向不同的方向铺设，也就是说，不同的单晶挡片12B与单晶块12A的次要晶向可具有不同的夹角，且相接触的单晶挡片12B的次要晶向也会朝向不同的方向，因此相邻的单晶挡片12B对应的位置所成长出的晶锭也会因为晶向的方向不同而使得晶界与位错受到抑制，进而减少长晶过程中缺陷的数量。
在一些实施例中，单晶块12A与单晶挡片12B的材料为硅，但不以此为限。
请继续参阅图1至图4、图6至图9。图6至图9是本发明一实施例的类单晶(monocrystalline-like)晶锭的制作方法，其中图6与图8是以俯视图形式绘示，而图7是沿图6的剖面线3-3绘示的剖面示意图，图9是沿图8的剖面线4-4绘示的剖面示意图。如图6与图7所示，铺设拼接晶种层12于长晶容器10的底部之后，接着形成一熔汤14于拼接晶种层12上。本实施例以类单晶硅的制作方法为例，因此拼接晶种层12的材料选用硅，且熔汤14的材料亦为硅。在本实施例中，熔汤14可利用下列方式形成。将硅原料放入长晶容器10内并堆放于拼接晶种层12的表面。之后，将装有硅原料的长晶容器10放入定向凝固系统长晶炉或其它长晶设备内并将硅原料加热以熔化成熔汤14。在其它实施例中，可先将硅原料熔化成熔汤14再将熔汤14倒入长晶容器10内。
如图8与图9所示，接着进行方向性凝固制程冷却熔汤14，以使晶粒逐渐沿一长晶方向V成长而形成类单晶晶锭16。在本实施例中，通过拼接晶种层12的铺设，由于单晶挡片12B与单晶块12A具有相同的晶向，因此由单晶挡片12B沿长晶方向V所成长出的晶锭与单晶块12A沿长晶方向V所成长出的晶锭会具有近似的成长速度，且由于单晶挡片12B与单晶块12A两者的次要晶向朝向不同的方向，因此由单晶挡片12B所成长出的晶锭可以抑制由位于其两侧的单晶块12A所成长出的晶锭之间产生晶界与位错，进而减少长晶过程中缺陷的数量。
此外，由于单晶挡片12B所成长出的晶锭的次要晶向与单晶块12A所成长出的晶锭的次要晶向朝向不同方向，故在晶锭外观上仍会造成不一致的视觉效果。因此在设计拼接晶种层12的图案时，单晶挡片12B的宽度小于单晶块12A的宽度，进而单晶挡片12B可提供抑制晶界与位错的效果，但又不致对类单晶晶锭16的外观产生明显的影响。举例而言，单晶挡片12B的宽度约介于0.5mm与4mm之间，而单晶块12A的宽度约介于142mm与155.5mm之间，但不以此为限。在一些实施例中，单晶挡片12B的宽度与单晶块12A的宽度的比值实质上介于0.32％与2.82％之间，且优选地介于0.65％与2.46％之间，因此可兼顾减少缺陷产生的功能与外观一致性。在一些实施例中，单晶挡片12B的面积约占长晶容器10的底部面积的2％至20％，且优选地介于2.3％至15.02％之间，但不以此为限。
本实施例的类单晶晶锭16可进一步切割成类单晶晶棒(crystal brick)与类单晶芯片，进而作为太阳能电池或其它光电组件的基材。本实施例的方法制作出的类单晶晶锭16具有类似单晶晶锭的低缺陷优势，因此所制作出的太阳能电池可具有较高的光电转换效率。此外，本实施例的类单晶晶锭16利用类似于多晶硅晶锭的铸锭方式形成，具有低制作成本与可利用钻石切割线(diamond wire)进行切割的优点。另外，为了增加光利用率，可对太阳能电池的表面进行粗糙化，相较于必须使用干蚀刻方式形成粗糙化表面的多晶硅晶锭，本实施例的类单晶晶锭16所切割出的类单晶芯片可利用碱性溶液进行湿蚀刻以形成粗糙化表面，更可进一步降低成本。
在一些实施例中，单晶挡片12B的设置除了抑制所成长出的晶锭之间产生晶界与位错的作用之外，更可具有增加美观与显示信息之用。进一步说明，由于单晶挡片12B次要晶向与单晶块12A次要晶向朝向不同方向而使得两者在晶锭外观上有所差异，因此若透过单晶块12A与单晶挡片12B的图案搭配设计，可使得制作出的类单晶晶锭16的晶粒具有预定的排列规则，因此所制作出的芯片在经过碱性溶液蚀刻后可显示出预定的花纹或文字，而可增加太阳能电池的应用范围。
下文将针对本案的不同实施例进行说明，且为简化说明，以下说明主要针对各实施例不同之处进行详述，而不再对相同之处作重复赘述。此外，本案的各实施例中相同组件以相同标号进行标示，以利于各实施例间互相对照。
请参考图10。图10是本发明一变化实施例晶种的铺设方法。如图10所示，不同于前述实施例，在本实施例拼接晶种层12中，两相邻单晶块12A之间的间隙12G内铺设有两个或以上的单晶挡片12B1、12B2，其中单晶挡片12B1、12B2可彼此相邻并接触，且可具有相同或不同的次要晶向。
请参考图11至图14。图11至图14是本发明另一实施例类单晶晶锭的制作方法，其中图11与图13是以俯视图形式绘示，而图12是沿图11的剖面线5-5绘示的剖面示意图，图14是沿图13的剖面线6-6绘示的剖面示意图。如图11与图12所示，不同于前述实施例，本实施例拼接晶种层12除了单晶块12A与单晶挡片12B之外，更进一步包括第一外围挡片12C与第二外围挡片12D。第一外围挡片12C铺设于长晶容器10的底部且位于长晶容器10的内壁与单晶块12A之间，而第二外围挡片12D铺设于长晶容器10的底部且位于长晶容器10的内壁与第一外围挡片12C之间。
第一外围挡片12C可以是一环状挡片(例如中空矩形环)环绕单晶块12A与单晶挡片12B，或是由多个直条状挡片组成并环绕单晶块12A与单晶挡片12B。在一些实施例中，第一外围挡片12C为单晶结构，例如单晶硅，且第一外围挡片12C的主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此为限。此外，第一外围挡片12C的次要晶向与单晶块12A的次要晶向朝向不同方向，亦即第一外围挡片12C的次要晶向与单晶块12A的次要晶向具有一第二夹角，其中第二夹角优选地可介于1度至40度之间，例如第二夹角为20度，但不以此为限。
第二外围挡片12D可以是一环状挡片(例如中空矩形环)环绕第一外围挡片12C，或是由多个直条状挡片组成并环绕第一外围挡片12C。在一些实施例中，第二外围挡片12D为单晶结构，例如单晶硅，其主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此为限。此外，第二外围挡片12D的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向朝向不同方向，亦即第二外围挡片12D的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向具有一第三夹角，且第三夹角为例如36.8度，但不以此为限。
如图13与图14所示，接着形成熔汤于拼接晶种层12上并利用定向凝固系统长晶炉进行方向性凝固制程冷却熔汤，以使晶粒逐渐沿长晶方向V成长而形成类单晶晶锭16。
在本实施例中，拼接晶种层12由单晶块12A与单晶挡片12B、第一外围挡片12C与第二外围挡片12D所拼接而成，其中单晶块12A与单晶挡片12B的配置及其在长晶过程中提供的功效与前述实施例相同，在此不再赘述。在本实施例中，第一外围挡片12C与第二外围挡片12D经配置用以抑制在长晶过程中由长晶容器10飞内壁所导致的缺陷。进一步说明，第二外围挡片12D位于长晶容器10的内壁与第一外围挡片12C之间，因此在长晶过程中由第二外围挡片12D沿长晶方向V所成长出的晶锭会具有较多的缺陷。设置于第二外围挡片12D与单晶块12A之间的第一外围挡片12C可以避免第二外围挡片12D沿长晶方向V所成长出的晶锭内的缺陷向内侧成长而影响单晶块12A沿长晶方向V所成长出的晶锭，确保单晶块12A沿长晶方向V所成长出的晶锭的质量。为了达到上述阻挡缺陷的作用，本实施例的第二外围挡片12D的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向具有第三夹角，其中第三夹角可以根据第二外围挡片12D的晶向与第一外围挡片12C的次要晶向加以调整。举例而言，当第二外围挡片12D的主要晶向与第一外围挡片12C的主要晶向为{100}晶向时，则第三夹角可选用36.8度，但不以此为限。
本实施例拼接晶种层12包括单晶块12A与单晶挡片12B、第一外围挡片12C与第二外围挡片12D，其中单晶挡片12B用以抑制相邻的单晶块12A所成长出的晶锭之间产生晶界与位错而可减少长晶过程中缺陷的数量，而第一外围挡片12C与第二外围挡片12D则用以阻挡在长晶过程中由长晶容器10内壁所导致的缺陷向内延伸至单晶块12A，因此本实施例方法可以制作出具有质量良好的类单晶晶锭。
请参考图15。图15是本发明一变化实施例晶种的铺设方法。如图15所示，不同于图11至图14的实施例，本实施例拼接晶种层12除了单晶块12A与单晶挡片12B、第一外围挡片12C与第二外围挡片12D之外，更进一步包括一第三外围挡片12E，铺设于第一外围挡片12C与第二外围挡片12D之间。第三外围挡片12E可以是一环状挡片(例如中空矩形环)，或是由多个直条状挡片组成。在一些实施例中，第三外围挡片12E为单晶结构，例如单晶硅，其主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此为限。此外，第三外围挡片12E的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向朝向不同方向，亦即第三外围挡片12E的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向具有一第四夹角，且第四夹角为例如36.8度，但不以此为限。
请参考图16。图16是本发明又一实施例晶种的铺设方法。如图16所示，不同于前述实施例，本实施例长晶容器10为一圆柱槽体，且拼接晶种层12为一饼图案。拼接晶种层12包括四块扇形的单晶块12A铺设于圆形的长晶容器10的底部、四条长方形的单晶挡片12B分别夹设于两相邻的单晶块12A之间、一圆环形的第一外围挡片12C位于长晶容器10内壁与单晶块12A之间，以及一第二外围挡片12D位于长晶容器10内壁与第一外围挡片12C之间。
单晶挡片12B的主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同，例如单晶挡片12B与单晶块12A两者的主要晶向均为{100}晶向，且各单晶挡片12B的次要晶向与单晶块12A的次要晶向分别具有一不为0度的夹角。在一些实施例中，各单晶挡片12B与单晶块12A的次要晶向的夹角介于1度至40度之间，且优选地介于10度至30度之间，但不以此为限。第一外围挡片12C的主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此为限。此外，外围挡片12C的次要晶向与单晶块12A的次要晶向朝向不同方向，亦即第一外围挡片12C的次要晶向与单晶块12A的次要晶向具有一第二夹角，且第二夹角介于1度至40度之间，例如第二夹角为20度，但不以此为限。在一些实施例中，第二外围挡片12D为单晶结构，例如单晶硅，其主要晶向与单晶块12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此为限。此外，第二外围挡片12D的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向朝向不同方向，亦即第二外围挡片12D的次要晶向与第一外围挡片12C的次要晶向具有一第三夹角，且第三夹角为例如36.8度，但不以此为限。本实施例拼接晶种层12可利用前述铸锭方式制作出类单晶晶锭，其详述制程如前述实施例所揭露，在此不再赘述。
请参阅图17。图17是本发明实施例与对照例分别制作出的类单晶硅晶锭的缺陷面积比与晶锭高度的关系图，其中样本2、3为本发明实施例制作出的类单晶硅晶锭，其使用包含单晶块与单晶挡片作为拼接晶种层；样本1为对照例制作出的类单晶硅晶锭，其未使用包含单晶块与单晶挡片作为拼接晶种层。请一并参考表1、表2与表3。表1列示了一对照例(样本1)的方法制作出的类单晶硅晶锭的缺陷面积分布的量测结果，而表2及表3列示了本发明两实施例(样本2及样本3)方法制作出的类单晶硅晶锭的缺陷面积分布的量测结果。
表1
| 高度 | 38mm | 84.9mm | 125.6mm | 250mm |
| 缺陷面积比 | 0.567％ | 2.40％ | 7.98％ | 24.6％ |
| 缺陷面积成长倍率 | -- | 4.23 | 14.07 | 43.39 |
如表1所示，对照例(样本1)类单晶硅晶锭在高度为38mm、84.9mm、125.6mm与250mm的位置的缺陷面积比分别为0.567％、2.40％、7.98％与24.6％，也就是说，以高度为38mm的位置为基准，在高度为84.9mm时，类单晶硅晶锭的缺陷面积比成长了4.23倍，在高度为125.6mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比成长了14.07倍，在高度为250mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比成长了43.39倍。因此，对照例方法制作出的类单晶硅晶锭在长晶方向上的缺陷面积比明显地以倍数成长。
表2
| 高度 | 38mm | 84.9mm | 125.6mm |
| 缺陷面积比 | 0.141％ | 0.409％ | 1.206％ |
| 缺陷面积成长倍率 | -- | 2.9 | 8.55 |
表3
如表2所示，本实施例样本2的类单晶硅晶锭在高度为38mm、84.9mm与125.6mm的位置的缺陷面积比分别为0.141％、0.409％与1.206％，也就是说，以高度为38mm的位置为基准，在高度为84.9mm时，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了2.90倍，而在高度为125.6mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了8.55倍。如表3所示，本实施例样本3的类单晶硅晶锭在高度为50.4mm、87.9mm、125.4mm、162.9mm、200.4mm与240.5mm的位置的缺陷面积比分别为0.149％、0.398％、0.241％、0.324％、0.455％与1.385％，也就是说，以高度为50.4mm的位置为基准，在高度为87.9mm时，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了2.67倍，在高度为125.4mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了1.61倍，在高度为162.9mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了2.17倍，在高度为200.4mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比仅成长了3.05倍，在高度为240.5mm的位置，类单晶硅晶锭的缺陷面积比成长了9.29倍。因此，相较于对照例(样本1)，本实施例(样本2及样本3)方法制作出的类单晶硅晶锭在长晶方向上的缺陷面积成长明显较慢，显示了单晶块、单晶挡片与外围挡片确实可有效抑制缺陷面积的成长。
本发明方法利用拼接晶种层制作类单晶晶锭，其中拼接晶种层包括单晶块与单晶挡片，且单晶挡片的主要晶向与单晶块的主要晶向相同但各单晶挡片的次要晶向与单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角，因此可抑制相邻的单晶块所成长出的晶锭之间产生晶界与位错，进而大幅减少缺陷面积比。另外，拼接晶种层可进一步包括外围挡片，用以阻挡在长晶过程中由长晶容器的内壁所导致的缺陷向内延伸。
综上所述，本实施例方法制作出的类单晶晶锭同时具有单晶晶锭的低缺陷优势以及多晶晶锭的低制作成本优势。此外，相较于多晶晶锭，本实施例方法制作出的类单晶晶锭可利用钻石切割线进行切割以及可利用碱性溶液进行湿蚀刻以形成粗糙化表面的特点，更可进一步降低成本。再者，本实施例方法制作出的类单晶晶锭的晶粒具有预定的排列规则，因此所制作出的类单晶芯片在经过碱性溶液蚀刻后可显示出预定的花纹或文字，而可增加太阳能电池的应用范围。
以上所述仅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，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (24)
1.一种晶种的铺设方法，其特征在于，包括：
铺设一拼接晶种层于一长晶容器的底部，其中所述拼接晶种层包括多个单晶块以及多个单晶挡片，所述单晶块经配置而位于所述长晶容器的底部且彼此不接触，所述单晶挡片分别夹设于相邻的所述单晶块之间的间隙并分别与相邻的至少一所述单晶块接触，所述单晶挡片的宽度小于所述单晶块的宽度，所述单晶块的晶向相同且朝向同一方向，所述单晶挡片的主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，且各所述单晶挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角。
2.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，各所述单晶挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向的夹角介于1度至40度之间。
3.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述单晶块与所述单晶挡片的主要晶向为100。
4.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述单晶块与所述单晶挡片的材料包括硅。
5.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述单晶挡片的宽度与所述单晶块的宽度的比值介于0.32％与2.82％之间。
6.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述单晶挡片的宽度介于0.5mm与4mm之间。
7.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述单晶挡片的面积与所述长晶容器的底部面积的比值介于2％与20％之间。
8.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，两相邻的所述单晶块之间的间隙内铺设有两个或以上的所述单晶挡片。
9.根据权利要求1所述的铺设方法，其特征在于，所述拼接晶种层包括：
一第一外围挡片，其铺设于所述长晶容器的底部且位于所述长晶容器的内壁与所述单晶块之间；以及
一第二外围挡片，其铺设于所述长晶容器的底部且位于所述长晶容器的内壁与所述第一外围挡片之间。
10.根据权利要求9所述的铺设方法，其特征在于，所述第一外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第一外围挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向具有一第二夹角，且所述第二夹角介于1度至40度之间。
11.根据权利要求9所述的铺设方法，其特征在于，所述第二外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第二外围挡片的次要晶向与所述第一外围挡片的次要晶向具有一第三夹角，且所述第三夹角为36.8度。
12.根据权利要求9所述的铺设方法，其特征在于，所述拼接晶种层还包括一第三外围挡片，设置于所述第一外围挡片与所述第二外围挡片之间，所述第三外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第三外围挡片的次要晶向与所述第一外围挡片的次要晶向具有一第四夹角，且所述第四夹角为36.8度。
13.一种类单晶晶锭的制作方法，其特征在于，包括：
铺设一拼接晶种层于一长晶容器的底部，其中所述拼接晶种层包括多个单晶块以及多个单晶挡片，所述单晶块经配置而位于所述长晶容器的底部且彼此不接触，所述单晶挡片分别夹设于相邻的所述单晶块之间的间隙并分别与相邻的所述单晶块接触，所述单晶挡片的宽度小于所述单晶块的宽度，所述单晶块的晶向相同且朝向同一方向，所述单晶挡片的主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，且各所述单晶挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向分别具有一不为0度的夹角；
形成一熔汤于所述拼接晶种层上；以及
冷却所述熔汤以使晶粒由所述拼接晶种层上成长以形成一类单晶晶锭。
14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，各所述单晶挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向的夹角介于1度至40度之间。
15.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述单晶块与所述单晶挡片的主要晶向为100。
16.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述单晶块与所述单晶挡片的材料包括硅。
17.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述单晶挡片的宽度与所述单晶块的宽度的比值介于0.32％与2.82％之间。
18.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述单晶挡片的宽度介于0.5mm与4mm之间。
19.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述单晶挡片的面积与所述长晶容器的底部面积的比值介于2％与20％之间。
20.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，两相邻的所述单晶块之间的间隙内铺设有两个或以上的所述单晶挡片。
21.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，所述拼接晶种层包括：
一第一外围挡片，其铺设于所述长晶容器的底部且位于所述长晶容器的内壁与所述单晶块之间；以及
一第二外围挡片，其铺设于所述长晶容器的底部且位于所述长晶容器的内壁与所述第一外围挡片之间。
22.根据权利要求21所述的制作方法，其特征在于，所述第一外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第一外围挡片的次要晶向与所述单晶块的次要晶向具有一第二夹角，且所述第二夹角介于1度至40度之间。
23.根据权利要求21所述的制作方法，其特征在于，所述第二外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第二外围挡片的次要晶向与所述第一外围挡片的次要晶向具有一第三夹角，且所述第三夹角为36.8度。
24.根据权利要求21所述的制作方法，其特征在于，所述拼接晶种层还包括一第三外围挡片，设置于所述第一外围挡片与所述第二外围挡片之间，所述第三外围挡片为单晶结构，其主要晶向与所述单晶块的主要晶向相同，所述第三外围挡片的次要晶向与所述第一外围挡片的次要晶向具有一第四夹角，且所述第四夹角为36.8度。
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