CN107825606A - 多晶硅片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多晶硅片，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。多晶硅片具有平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒，减少了晶粒晶界，提高了硅片质量。还提出一种多晶硅片的制备方法。

Description

多晶硅片及其制备方法
技术领域
本发明涉及多晶硅片的制备领域，具体涉及一种多晶硅片及其制备方法。
背景技术
多晶硅是目前太阳能电池行业最主要的衬底材料之一，根据生长方法的不同，在凝固过程中控制固液界面的温度梯度，形成单方向热流，实行可控的定向凝固，则形成物理机械性能各向异性的多晶柱状晶，目前的多晶硅硅锭大多采用该定向凝固方法生产，铸锭得到的多晶晶粒沿着垂直于坩埚底面的方向形核生长，接着对所形成的整个多晶硅硅锭进行切割，其流程如图1所示：先将整个硅锭竖直开方成预设尺寸的如5×5块或6×6块的小方锭，再对得到的小方锭进行头尾料截断，然后对截断后的小方锭沿着垂直于晶体生长方向进行切片，这样得到所需厚度的多晶硅片，其晶粒取向是垂直于硅锭晶粒的生长方向。由于多晶硅片属于多晶构造，晶粒之间存在着晶界，切割方向垂直于晶粒生长方向所得到的硅片，晶界布满硅片表面。当电子在晶体中迁移时，晶粒间的晶界会增加其位能势垒，使其传输阻力增大，降低电子迁移能力和基体材料的光电转换效率，降低产品质量。
发明内容
基于此，有必要提供一种能减少硅片中的晶粒晶界数量，同时提升晶体转换效率的多晶硅片。还提出一种上述多晶硅片的制备方法。
一种多晶硅片，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。
上述的多晶硅片，由于具有较大尺寸的晶粒，减少了晶粒晶界，提高了硅片质量。
在其中一个实施例中，各个晶粒具有相同方向的长轴和短轴。
在其中一个实施例中，所述多晶硅片的缺陷密度小于10％。
在其中一个实施例中，所述多晶硅片的晶粒为长条状。
在其中一个实施例中，所述硅片为正方形，边长为125毫米或156毫米。
一种多晶硅片的制备方法，包括以下步骤：
提供多晶硅锭；
沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片，得到平行于晶粒生长方向的硅片，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。
上述多晶硅片的制备方法，将所述多晶硅锭沿着晶粒生产方向切割，可得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的多晶硅片，减少了晶粒晶界，提高了硅片质量。
在其中一个实施例中，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片的步骤包括：
将多晶硅锭按照所需的硅片尺寸在所述多晶硅锭的顶面进行布线；
沿平行于晶粒生长方向切割多晶硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条；
将所述长方体硅条截取为数个截面与所需硅片尺寸一致的硅块；
将所述硅块沿着平行于晶粒生长方向切割，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
在其中一个实施例中，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片的步骤包括：
将多晶硅锭竖立，按照所需的硅片尺寸在所述多晶硅锭的侧面进行布线；
沿垂直于晶粒生长方向切割多晶硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条；
切割硅条，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
在其中一个实施例中，各个晶粒具有相同方向的长轴和短轴。
在其中一个实施例中，所述多晶硅片的缺陷密度小于10％。
附图说明
图1为传统多晶硅锭的切割方法的生产流程的时序图；
图2为本发明的多晶硅片制备方法的流程图；
图3为本发明一实施例多晶硅片制备方法的时序图；
图4本发明另一实施例多晶硅片制备方法的时序图；
图5为根据本发明的制备方法的硅片的光致发光成像照片；
图6为现有技术的硅片的光致发光成像照片。
具体实施方式
图2示意了本发明的多晶硅片制备方法的流程图。下面详细描述图2所示方法的实施过程。
本发明的多晶硅片制备方法的流程图，包括以下步骤。
步骤S100、提供多晶硅锭。如图3中步骤(a)所示，准备好准备切割的多晶硅锭。
步骤S200、沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片，得到平行于晶粒生长方向的硅片，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。
一实施例中，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片，请参考图3，具体包括以下步骤：
(b)将多晶硅锭按照所需的硅片尺寸在所述多晶硅锭的顶面进行布线；
(c)沿平行于晶粒生长方向切割多晶硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条，如图3中(d)所示；
图3中，箭头A为晶粒生长方向，箭头B为切割多晶硅锭的方向。多晶硅锭在开方时，多晶硅锭与坩埚相接触的底部放置于开方托盘，由于多晶硅锭是长方体，其长、宽的尺寸一致且大于高度方向(即晶粒生长方向)的尺寸。得到的单个硅条如(d)所示，成长方体状，硅条的长度方向平行于晶粒生长方向。
(e)将所述长方体硅条截取为数个截面与所需硅片尺寸一致的硅块。如图3中的工序(e)所示，将长方体硅条横放，长度方向水平，故此时硅条的晶粒生长方向也是水平。再沿箭头B所示方向将硅条截断，得到的单个硅块如工序(f)中所示。硅条是在长度方向上被截断成数个硅块。换言之，硅块是长度变小的硅条，形状由长方体变为正方体。
(f)将所述硅块沿着平行于晶粒生长方向切割，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
参考图3中的工序(f)所示，截断得到的硅块的晶粒生长方向(箭头A所示)竖直向上时，沿平行于晶粒生长方向进行切片。具体地，沿箭头B所示方向切割硅块，即可得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的多晶硅片，减少了晶粒晶界，降低硅片的缺陷密度，提高了硅片质量。
另一实施例中，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片，请参考图4，具体包括以下步骤：
(a)提供多晶硅锭。
(b)先将晶体硅锭竖立，按照所需的硅片尺寸在晶体硅锭的侧面进行布线。竖立后，晶体硅锭的其中一个侧面承靠于开方托盘，相对的另一个侧面则用于布线。传统方案中，是在晶体硅锭的顶部进行布线。而本步骤中，则是在晶体硅锭的侧面进行布线。
(c)沿垂直于晶粒生长方向切割晶体硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条。自晶体硅锭上的侧面沿垂直于晶粒生长方向进行切割，图4中，箭头A为晶粒生长方向，箭头B为切割晶体硅锭的方向。
本领域技术人员熟知，晶体硅锭沿竖直方向逐步长成，其底部由于与坩埚底部接触会有杂质，其顶部则混有掺杂杂质。因此，在切片时，会根据硅片的尺寸，在顶部和底部进行截取，一方面可将多余的尺寸部分去除，另一方面也是为了去除杂质较多的部分。
传统方案中，是在在晶体硅锭的顶部进行布线开方，切割获得的硅条的顶部与底部仍存在杂质。因此，将硅条切割硅片前，还需要利用截断机自硅条的顶部及底部进行头尾截断，以去除多余的尺寸部分，导致工艺复杂，生产周期长。并且，这样得到的硅片的晶粒取向是垂直于柱状晶粒的生长方向，硅片中的晶粒晶界较多。
而本发明中，由于在晶体硅锭的侧面进行布线，且沿垂直于晶粒生长方向切割晶体硅锭，因此在获得截面尺寸与所需的硅片尺寸的硅条的同时，整个晶体硅锭含有杂质较多的顶部和底部也随之被切除掉。也即，步骤(b)中，只需要通过一次开方，即可获得截面尺寸为最终硅片尺寸的长方体硅条。换言之，该长方体硅条不需要再进行截断工序即可用于切片，长方体硅条的长度方向是垂直于晶粒生长方向，而其截面上的晶粒取向则与整个晶体硅锭的晶粒生长方向一致。
(d)切割硅条，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
请参考图4中的(d)，前文已叙，硅条的长度方向垂直于晶粒生长方向，再沿与晶粒生长方向一致(箭头A所示方向)的方向将硅条切割成硅片，即可得到晶粒取向与晶体硅锭的晶粒生长方向一致的多晶硅硅片，减少了晶粒晶界，提高了硅片质量。
另一实施例的切割方法，通过一次开方和一次切割，即可得到行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的多晶硅片，减少了晶粒晶界，提高了硅片质量。
本发明的多晶硅片，请参考图5，表面分布数个晶粒，其中晶粒110的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，且长轴方向与晶粒的生长方向A一致。可以看到，本发明的多晶硅片，硅片中晶粒晶界数量较少，硅片质量高。而现有技术的硅片，如图6，晶粒的尺寸较小，晶粒晶界的数量较多，硅片质量较差。
进一步地，本发明的多晶硅片，各个晶粒具有相同方向的长轴和短轴。多晶硅片的晶粒一致性高，位错密度小，硅片质量高。
进一步地，本发明的多晶硅片的缺陷密度小于10％，制得的太阳能电池片的转换效率高。
进一步地，本发明的多晶硅片的晶粒为长条状，整体晶粒大，晶粒晶界数量少，硅片质量高。
优选地，硅片为正方形，边长为125毫米或156毫米。
下面通过具体实施例来再进一步说明。
实施例1
以G6硅锭为例，整个硅锭的尺寸1000×1000×350毫米(长×宽×高)，将硅锭的底面，即硅锭与坩埚底部接触的平面粘结在开方托盘上，此时硅锭中晶体生长方向竖直于开方托盘平面。
然后按照目前所需的硅片尺寸(156×156毫米)在1000×1000毫米的平面上进行布线，切割后可以得到156×156×350毫米的长方体小方锭，将该小方锭的头部和尾部沿着垂直于晶粒生长方向进行截断，并根据所需硅片的尺寸对截断后的小方锭进行截取，即可得到长度为156毫米的正方体硅块，然后对该硅块沿着平行于晶粒生长方向进行切割，即可得到具有较大晶粒的156×156毫米多晶硅片，该多晶硅片的晶粒晶界少，硅片质量高。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸156.9毫米，短轴尺寸80毫米。平均缺陷密度9％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为18.83％。
实施例2
以G6硅锭为例，整个硅锭的尺寸1000×1000×350毫米(长×宽×高)，将硅锭的底面，即硅锭与坩埚底部接触的平面粘结在开方托盘上，此时硅锭中晶体生长方向竖直于开方托盘平面。
按照所需的另一种硅片尺寸(125×125毫米)进行布线，切割后可以得到156×156×350毫米的长方体小方锭，按照同样的方法进行截断和切割，即可以得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的125×125毫米多晶硅片，其晶粒晶界少，质量高。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸110毫米，短轴尺寸60毫米。平均缺陷密度7％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为18.89％。
实施例3
以G7硅锭为例，整个硅锭的尺寸1200×1200×370毫米(长×宽×高)，将硅锭的底面，即硅锭与坩埚底部接触的平面粘结在开方托盘上，此时硅锭中晶体生长方向竖直于开方托盘平面。
按照所需的硅片尺寸(156×156)毫米进行布线，切割后可以得到156×156×370毫米的长方体小方锭，按照同样的方法进行截断和切割，即可以得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的156×156毫米的多晶硅片，其晶粒晶界少，质量高。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸153毫米，短轴尺寸50毫米。平均缺陷密度6％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为19.06％。
实施例4
以G6硅锭为例，整个硅锭的尺寸1000×1000×340毫米(长×宽×高)，将硅锭的侧面，即1000×340毫米的面粘结在开方托盘上，此时硅锭竖直于开方托盘放置，一个托盘可同时放置三个硅锭。
然后按照目前所需的硅片尺寸(156×156毫米)在1000×340毫米的面上进行布线，切割后可以得到156×156×1000毫米的长方体小方锭，将该小方锭进行粘棒切片，即可以得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的多晶硅片，其晶粒晶界少，质量高。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸140毫米，短轴尺寸40毫米。平均缺陷密度7.8％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为18.95％。
实施例5
以G6硅锭为例，整个硅锭的尺寸1000×1000×340毫米(长×宽×高)，将硅锭的侧面，即1000×340毫米的面粘结在开方托盘上，此时硅锭竖直于开方托盘放置，一个托盘可同时放置三个硅锭。
可以按照所需的另一种硅片尺寸(125×125毫米)进行布线，切割后可以得到125×125×1000毫米的长方体小方锭，将该小方锭进行粘棒切片，即可以得到平行于晶粒生长取向的具有较大晶粒的多晶硅片，其晶粒晶界少，质量高。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸130毫米，短轴尺寸70毫米。平均缺陷密度6％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为18.92％。
对比例
按照图1的流程，先将整个硅锭竖直开方成预设尺寸的如5×5块或6×6块的小方锭，再对得到的小方锭进行头尾料截断，然后对截断后的小方锭沿着垂直于晶体生长方向进行切片，这样得到所需厚度的125×125毫米多晶硅片，其晶粒取向是垂直于硅锭晶粒的生长方向。
本实施例制得的多晶硅片，最大晶粒长轴尺寸8毫米，短轴尺寸6毫米。平均缺陷密度12％。
利用所述多晶硅片制备太阳能电池，制得的太阳能电池的平均转换效率为。18.7％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。
2.如权利要求1所述的多晶硅片，其特征在于，各个晶粒具有相同方向的长轴和短轴。
3.如权利要求1所述的多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片的缺陷密度小于10％。
4.如权利要求1所述的多晶硅片，其特征在于，所述多晶硅片的晶粒为长条状。
5.如权利要求1所述的多晶硅片，其特征在于，所述硅片为正方形，边长为125毫米或156毫米。
6.一种多晶硅片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供多晶硅锭；
沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片，得到平行于晶粒生长方向的硅片，所述多晶硅片表面分布数个晶粒，所述晶粒的长轴尺寸小于157毫米，短轴尺寸小于或等于80毫米，所述晶粒的长轴方向与晶粒生长方向一致。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片的步骤包括：
将多晶硅锭按照所需的硅片尺寸在所述多晶硅锭的顶面进行布线；
沿平行于晶粒生长方向切割多晶硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条；
将所述长方体硅条截取为数个截面与所需硅片尺寸一致的硅块；
将所述硅块沿着平行于晶粒生长方向切割，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，沿平行于晶粒生产方向将所述多晶硅锭切割成硅片的步骤包括：
将多晶硅锭竖立，按照所需的硅片尺寸在所述多晶硅锭的侧面进行布线；
沿垂直于晶粒生长方向切割多晶硅锭，得到截面尺寸为所需的硅片尺寸的硅条；
切割硅条，得到平行于晶粒生长方向的硅片。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，各个晶粒具有相同方向的长轴和短轴。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多晶硅片的缺陷密度小于10％。
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