CN109972203A - 一种多晶硅铸锭方法和多晶硅 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，包括：提供坩埚、至少一个掺杂器和硅料，其中，所述至少一个掺杂器包括一个或多个所述掺杂器，所述掺杂器包括硅块和掺杂剂，所述硅块一侧表面设有凹槽，所述掺杂剂置于所述凹槽内；将所述至少一个掺杂器和所述硅料填装在所述坩埚内，其中，所述硅块设有凹槽的一侧面朝向所述坩埚的开口方向，多个所述掺杂器均匀分布在同一水平面上；加热所述坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。通过将掺杂剂置于表面具有凹槽的硅块中形成掺杂器，在铸锭过程中起到了固定掺杂剂的效果，避免铸锭过程中掺杂剂散失和分散不均匀的问题，提高了多晶硅锭的品质，从而有利于制得电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

Description

一种多晶硅铸锭方法和多晶硅

技术领域

本发明涉及光伏或半导体技术领域，特别涉及一种多晶硅铸锭方法和多晶硅。

背景技术

当前，制备多晶硅太阳能电池的硅片的电阻率要求在1-3Ω·cm范围内，因此需要对铸锭的多晶硅料进行掺杂。现行方法是装料前对所装硅料进行抽测，测定电阻率和导电类型，根据抽测的电阻率和导电类型数据，确定需要的掺杂剂重量。之后，再将硅料及掺杂剂装入坩埚内并置于铸锭炉中熔化，定向凝固生长出硅晶体。在此过程中，掺杂剂和硅料随机装入坩埚，没有采取任何有效固定措施，在铸锭熔化过程中热场区域温度差异造成熔体对流，极易造成掺杂剂散失和分布不均匀，进而造成分凝不均匀。掺杂剂在铸锭过程中的散失以及在长晶阶段无法有效精准分凝，会影响硅锭电阻率精度的控制，引起配料过程中的掺杂重量的计算及配料系统的混乱，难以达到硅片电阻率分布越来越窄的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，通过将掺杂剂置于表面具有凹槽的硅块中形成掺杂器，在铸锭过程中起到固定掺杂剂的效果，避免铸锭过程中掺杂剂散失和分散不均匀的问题，提高了多晶硅锭的品质，从而有利于制得电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

第一方面，本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，包括：

提供坩埚、至少一个掺杂器和硅料，其中，所述至少一个掺杂器包括一个或多个所述掺杂器，所述掺杂器包括硅块和掺杂剂，所述硅块一侧表面设有凹槽，所述掺杂剂置于所述凹槽内；

将所述掺杂器和所述硅料填装在所述坩埚内，其中，所述硅块设有凹槽的一侧面朝向所述坩埚的开口方向，多个所述掺杂器均匀分布在同一水平面上；

加热所述坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

在本发明中，将掺杂剂置于表面具有凹槽的硅块中形成掺杂器，即使用硅块盛放掺杂剂，起到了固定掺杂剂的效果，从而在铸锭过程中，避免了掺杂剂的散失和分布不均匀，进而有利于铸锭电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

在本发明中，所述多个掺杂器在同一水平面时，有利于多个掺杂器中的掺杂剂在同一时间内熔化，并且多个掺杂器均匀分布在所述硅料内的同一水平面上，在后续分散过程中分散均匀，有利于多晶硅铸锭。在本发明中，提供一个所述掺杂器时，所述掺杂器的位置不作限定；具体的可以但不限于为位于所述硅料任意横截面的中心。

在本发明中，硅块为具有一定长度、宽度和厚度的硅料，可以但不限于为长方体、正方体、不规则形状等。凹槽用于盛放掺杂剂，凹槽的开口大小和深度不作限定，具体根据实际操作中需盛放的掺杂剂的量进行改变。

可选的，所述掺杂器中所述硅块的厚度为3cm-10cm。

可选的，所述掺杂器中所述硅块的表面设有一个或多个凹槽。

可选的，所述凹槽的深度为2cm-9cm。

可选的，所述掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种，所述掺杂元素为硼、镓和磷中的一种或多种。具体的，所述掺杂剂可以但不限于为硼母合金、磷母合金和纯镓中的一种或多种。在本发明中，掺杂剂的含量根据实际需要进行改变，对此不作限定。

可选的，所述硅料距离所述坩埚底部的最远位置与所述掺杂器之间的间距大于5cm。即硅料中距离坩埚底部最远的位置与掺杂器中距离底座最远的位置之间的距离大于5cm。

可选的，所述加热所述坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭，包括：

加热所述坩埚至第一熔化温度，使位于所述掺杂器上方的部分所述硅料熔化形成硅熔体，所述硅熔体与未熔化的所述硅料间形成固液界面，当所述固液界面与所述掺杂器的间距为10mm-50mm时，降低至第二熔化温度，再经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

进一步的，当所述固液界面位于所述掺杂器上方且与所述掺杂器的间距为15mm-45mm时，降低至第二熔化温度。

可选的，所述第一熔化温度比所述第二熔化温度高30℃-50℃。进一步的，所述第一熔化温度比所述第二熔化温度高35℃-45℃。

在本发明中，将加热温度从第一熔化温度降低至第二熔化温度，可以缓慢熔化掺杂器中的掺杂剂，以减少硅熔体对流影响掺杂剂分布的影响，保证了掺杂剂的均匀熔化和分布，改善多晶硅锭电阻率分布。

可选的，所述掺杂器与所述坩埚底部之间的间距为10cm-20cm。进一步的，所述掺杂器与所述坩埚底部之间的间距为12cm-20cm。更进一步的，所述掺杂器与所述坩埚底部之间的间距为12cm-17cm。在本发明中，掺杂器与坩埚底部之间的间距为掺杂器中硅块底部与坩埚底部之间的间距。

可选的，所述坩埚的底部铺设有形核层，所述硅料填装在所述形核层上。

可选的，所述形核层的厚度为5mm-20mm。进一步的，所述形核层的厚度为8mm-18mm。更进一步的，所述形核层的厚度为10mm-15mm。

可选的，所述掺杂器与所述形核层的间距为10cm-20cm。

第二方面，本发明提供了一种多晶硅，所述多晶硅由第一方面所述的多晶硅铸锭方法制备得到。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，通过将掺杂剂置于表面具有凹槽的硅块中形成掺杂器再置于硅料内，达到了固定掺杂剂的效果，避免了在铸锭过程中掺杂剂散失和分散不均匀的问题，提高了多晶硅锭的品质，从而有利于制得电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的一种多晶硅铸锭用坩埚结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种掺杂器示意图；

图3为本发明效果实施例制得的多晶硅电阻率检测结果图。

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。

本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，包括：提供坩埚、至少一个掺杂器和硅料，其中，至少一个掺杂器包括一个或多个掺杂器，掺杂器包括硅块和掺杂剂，硅块一侧表面设有凹槽，掺杂剂置于凹槽内；将掺杂器和硅料填装在坩埚内，其中，硅块设有凹槽的一侧面朝向坩埚开口方向，多个掺杂器均匀分布在同一水平面上；加热坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种多晶硅铸锭用坩埚结构示意图，包括：坩埚10、至少一个掺杂器20和硅料30，硅料30填装在坩埚10内，至少一个掺杂器20置于硅料30内。请参阅图2，本发明实施例提供的一种掺杂器示意图，掺杂器20包括硅块21和掺杂剂22，硅块21一侧表面具有凹槽211，掺杂剂22置于凹槽211内。

在本发明中，将掺杂剂22置于表面具有凹槽211的硅块21中形成掺杂器20，即使用硅块21盛放掺杂剂22，起到了固定掺杂剂22的效果，从而在铸锭过程中，避免了掺杂剂22的散失和分布不均匀，进而有利于铸锭电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

在本发明中，至少一个掺杂器20包括一个或多个掺杂器20。多个掺杂器20在同一水平面时，有利于多个掺杂器20中的掺杂剂22在同一时间内熔化，并且在后续分散过程中分散均匀，有利于多晶硅铸锭。当提供一个掺杂器20时，掺杂器20的位置不作限定；具体的可以但不限于为位于硅料任意横截面的中心。

在本发明中，硅块21为具有一定长度、宽度和厚度的硅料，可以但不限于为长方体、正方体、不规则形状等。凹槽211用于盛放掺杂剂22，凹槽211的开口大小和深度不作限定，具体根据实际操作中需盛放的掺杂剂22的量进行改变。

在本发明中，多个掺杂器20中硅块21和凹槽211的大小可以相同也可以不同，当多个掺杂器20中硅块21和凹槽211的大小不同时，多个掺杂器20中掺杂剂22距离硅块21底部的最远位置位于同一水平面上。

本发明实施方式中，掺杂器20中硅块21的厚度为3cm-10cm。进一步的，硅块21的厚度为5cm-8cm。

本发明实施方式中，掺杂器20中硅块21的表面设有一个或多个凹槽211。

本发明实施方式中，凹槽211的深度为2cm-9cm。进一步的，凹槽211的深度为4cm-7cm。

本发明实施方式中，掺杂剂22为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种，掺杂元素为硼、镓和磷中的一种或多种。具体的，掺杂剂22可以但不限于为硼母合金、磷母合金和纯镓中的一种或多种。在本发明中，掺杂剂22的含量根据实际需要进行改变，对此不作限定。

本发明实施方式中，硅料30距离坩埚10底部的最远位置与掺杂器20之间的间距大于5cm。即硅料30中距离坩埚10底部最远的位置与掺杂器20中距离坩埚10底部最远的位置之间的距离大于5cm。

本发明实施方式中，加热坩埚10，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭，包括：

加热坩埚10至第一熔化温度，使位于掺杂器20上方的部分硅料熔化形成硅熔体，硅熔体与未熔化的硅料间具有固液界面，当固液界面与掺杂器20的间距为10mm-50mm时，降低至第二熔化温度，再经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

进一步的，当固液界面位于掺杂器20上方且与掺杂器20的间距为15mm-45mm时，降低至第二熔化温度。

本发明实施方式中，第一熔化温度比第二熔化温度高30℃-50℃。进一步的，第一熔化温度比第二熔化温度高35℃-45℃。

在本发明中，将加热温度从第一熔化温度降低至第二熔化温度，可以缓慢熔化掺杂器20中的掺杂剂22，以减少硅熔体对流影响掺杂剂22分布的影响，保证了掺杂剂22的均匀熔化和分布，改善多晶硅锭电阻率分布。

本发明实施方式中，掺杂器20与坩埚10底部之间的间距为10cm-20cm。进一步的，掺杂器20与坩埚10底部之间的间距为12cm-20cm。更进一步的，掺杂器20与坩埚10底部之间的间距为12cm-17cm。

本发明实施方式中，坩埚10底部铺设有形核层40，硅料30填装在形核层40上。

本发明实施方式中，形核层40的厚度为5mm-20mm。进一步的，形核层40的厚度为8mm-18mm。更进一步的，形核层40的厚度为10mm-15mm。

本发明实施方式中，掺杂器20与形核层40的间距为10cm-20cm。

本发明一具体实施方式中，当提供坩埚10、掺杂器20和硅料30时，采用半熔法制备多晶硅锭。具体可以但不限于为，加热坩埚至第一熔化温度，使硅料部分熔化后，降低至第二熔化温度，使掺杂器和剩余的硅料熔化，并预留部分硅料未熔化，经过长晶、退火和冷却工艺制备多晶硅锭。

本发明一具体实施方式中，当提供坩埚10、掺杂器20、硅料30和形核层40时，采用全熔法制备多晶硅锭。具体可以但不限于为，加热坩埚至第一熔化温度，使硅料部分熔化后，降低至第二熔化温度，使掺杂器和剩余的硅料全部熔化，并保持形核层未熔化，经过长晶、退火和冷却工艺制备多晶硅锭。

本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，通过将掺杂剂置于表面具有凹槽的硅块中形成掺杂器，再置于硅料内，达到了固定掺杂剂的效果；本发明还提供了利用该多晶硅铸锭用坩埚制备多晶硅的方法，避免了在铸锭过程中掺杂剂散失和分散不均匀的问题，提高了多晶硅锭的品质，从而有利于制得电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。本发明还提供了由上述多晶硅铸锭方法制得的多晶硅。

效果实施例

实验组：提供坩埚，将坩埚底部铺设形核层，在形核层上填装硅料，并在硅料中设置掺杂器，掺杂器与形核层之间的间距为15cm，掺杂器与硅料顶部的距离为30cm；将其置于铸锭炉中，设置初始熔化温度为1520℃，当固液界面距离掺杂器20mm时，降低熔化温度至1480℃，使掺杂剂和硅料完全熔化，再调整工艺进行长晶，经退火和冷却工艺制备多晶硅锭。

对照组：提供坩埚，将坩埚底部铺设形核层，在形核层上填装硅料和掺杂剂；将其置于铸锭炉中，设置熔化温度为1520℃，硅料和掺杂剂完全熔化后，再调整工艺进行长晶，经退火和冷却工艺制备多晶硅锭。

将实验组和对照组制得的多晶硅锭进行电阻率检测，结果如图3所示，可以看出，实验组中的掺杂剂分布均匀，使得制得的多晶硅锭的电阻率分布均匀，更符合硅片电阻率越来越窄的要求。

本发明提供了一种多晶硅铸锭方法，可以有效避免铸锭过程中掺杂剂散失和分散不均匀的问题，提高了多晶硅锭的品质，制得电阻率分布越来越窄的多晶硅锭。

以上所述是本发明的优选实施方式，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，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)

1.一种多晶硅铸锭方法，其特征在于，包括：

提供坩埚、至少一个掺杂器和硅料，其中，所述至少一个掺杂器包括一个或多个所述掺杂器，所述掺杂器包括硅块和掺杂剂，所述硅块一侧表面设有凹槽，所述掺杂剂置于所述凹槽内；

将所述至少一个掺杂器和所述硅料填装在所述坩埚内，其中，所述硅块设有所述凹槽的一侧面朝向所述坩埚的开口方向，多个所述掺杂器均匀分布在同一水平面上；

加热所述坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

2.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述加热所述坩埚，经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭，包括：

加热所述坩埚至第一熔化温度，使位于所述掺杂器上方的部分所述硅料熔化形成硅熔体，所述硅熔体与未熔化的所述硅料间形成固液界面，当所述固液界面与所述掺杂器的间距为10mm-50mm时，降低至第二熔化温度，再经长晶、退火和冷却工艺制备得到多晶硅锭。

3.如权利要求2所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述第一熔化温度比所述第二熔化温度高30℃-50℃。

4.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述掺杂器与所述坩埚底部之间的间距为10cm-20cm。

5.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种，所述掺杂元素为硼、镓和磷中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述掺杂器中所述硅块的厚度为3cm-10cm。

7.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述掺杂器中所述硅块的表面设有一个或多个凹槽，所述凹槽的深度为2cm-9cm。

8.如权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述坩埚底部铺设有形核层，所述硅料填装在所述形核层上。

9.如权利要求8所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述形核层的厚度为5mm-20mm。

10.一种多晶硅，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的多晶硅铸锭方法制备得到。