CN112553685A - 单晶硅片材的制造方法 - Google Patents

单晶硅片材的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112553685A
CN112553685A CN201910909721.7A CN201910909721A CN112553685A CN 112553685 A CN112553685 A CN 112553685A CN 201910909721 A CN201910909721 A CN 201910909721A CN 112553685 A CN112553685 A CN 112553685A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
monocrystalline silicon
single crystal
monocrystalline
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910909721.7A
Other languages
English (en)
Inventor
丁欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201910909721.7A priority Critical patent/CN112553685A/zh
Priority to PCT/CN2020/115225 priority patent/WO2021057542A1/zh
Priority to KR1020227012743A priority patent/KR20220065008A/ko
Priority to EP20867543.9A priority patent/EP4019672A4/en
Priority to JP2022519558A priority patent/JP2022550382A/ja
Priority to US17/762,527 priority patent/US20220344531A1/en
Publication of CN112553685A publication Critical patent/CN112553685A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/22—Sandwich processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02513—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
    • H01L31/1896—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates for thin-film semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本申请提供了一种单晶硅片材的制造方法，包括：沿单晶硅棒材的径向或轴向方向切割单晶硅棒材，获得单晶硅基板；通过湿法腐蚀，对单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；通过化学气相沉积，在多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及从多孔硅结构上剥离单晶硅薄层，获得单晶硅片材。本申请能够提高化学气相沉积法直接制作单晶硅硅片法产能，并且将硅片制造的工艺步序同传统上属于电池制造的扩散发射极的工序融合到一起，从而显著地降低了太阳能单晶硅电池的制造成本。

Description

单晶硅片材的制造方法
技术领域
本申请涉及单晶硅片制造，具体涉及一种可用于太阳能电池的单晶硅片材的制造方法。
背景技术
硅的单晶体，是一种具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。用高纯度的多晶硅在直拉或者区熔单晶炉内熔融拉制而成，拉制的晶棒通过带锯或者线锯切片机切割出硅片。近年来也出现了使用铸锭的方法铸造单晶硅锭，其晶体质量低于直拉或者区熔法单晶，仅仅在光伏行业使用。单晶硅片用于制造半导体器件、太阳能电池等。
传统的单晶硅片技术的技术路线图为：
首先，使用石英砂(成分主要为二氧化硅及杂质)同焦炭在电炉内进行冶炼还原得到98％左右的金属硅(杂质主要为铝铁钙等金属成分)。
其次，使用金属硅同卤族化合物反应，通过化学提纯得到高纯的卤代硅烷。通常为三氯氢硅，四氯化硅，二路二氢硅，六氯化二硅。也有进一步通过反歧化反应获得硅烷。
然后，将这些高纯的三氯氢硅，或者硅烷等作为前驱体通入还原炉或者流化床等反应设备。还原炉可制得成对的硅棒，流化床则制得球状的颗粒硅。
再然后，将破碎的硅棒或者颗粒硅填入石英坩埚，通过直拉法(也称CZ法，切氏法，柴氏法)或者区熔法(FZ法)制得单晶圆棒，或者铸锭法制得准单晶或者多晶硅锭。
最后，将硅锭或者硅棒去边皮，头尾，开方，然后使用带锯或者线锯切割成为硅片。
通常来说，硅锭或者硅棒去边皮，头尾，开方，将余下大量边角料。带锯或者线锯切割硅片的时候，由于带锯的刃片和线锯的钢线都有一定厚度，刃片和钢线接触到的硅锭硅棒被机械粉碎后进入切削液，这称作刃口或者切割损失。目前的太阳能硅片的技术，硅片厚度为150-180微米，刃口损失在80微米之间，不久的将来可能推进至仅有50微米刃口损失。这些边角料加刃口损失合计高达50％左右，即仅有50％的高纯多晶硅原料成为了硅片。并且多晶硅原料的还原工艺是一千多摄氏度高温(硅烷流化床略低为600-800摄氏度)下的工艺，而拉晶需要将硅料融化，加热超过一千四百多度，在中国多晶硅原料工厂和单晶硅工厂普遍建设自备电厂，或者迁移到新疆内蒙等电价低的坑口电厂(指电厂建设在煤矿的坑口，以免去煤炭运输的成本)使用电厂的直供电以省去电网的上网费或者水电丰富的地区利用丰水期的低价水电以降低生产的电力成本。此外，拉制单晶需要石英坩埚，石墨坩埚，石墨加热器，线锯的钢线都是耗材，带来很多成本。
发明内容
本申请提供了一种不使用高纯度多晶硅，熔融制备晶体，切割晶体的传统路径，而是直接使用硅烷或者卤代硅烷的前驱物通过化学气相沉积法获得单晶硅片的高产能低成本技术。
第一方面，本申请的实施方式提供了一种单晶硅片材的制造方法，包括：
沿单晶硅棒材的径向或轴向方向切割所述单晶硅棒材，获得单晶硅基板；
通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；
通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得所述单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材。
在一些实施方式中，通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构还包括，将一对负电极分别设置于所述单晶硅基板的所述顶面和所述底面，并施加电流，同时在所述顶面和所述底面蚀刻所述多孔硅结构。
在一些实施方式中，通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层还包括，将所述单晶硅基板设置在用于所述化学气相沉积的反应腔内的托架上，加热所述单晶硅基板，并向所述反应腔通入前驱物气体，使所述前驱物气体接触所述顶面和所述底面的所述多孔硅结构，从而使得在所述多孔硅结构上沉积所述单晶硅薄层。
在一些实施方式中，从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材还包括，在剥离所述单晶硅薄层之前，根据所需的所述单晶硅片材的尺寸，对所述单晶硅薄层截断至所述多孔硅结构，剥离经截断的所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材；或者
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，根据所需的所述单晶硅片材的尺寸，对经剥离的所述单晶硅薄层进行截断，获得所述单晶硅片材。
在一些实施方式中，在剥离所述单晶硅薄层之前，还包括，将所述顶面和所述底面沉积有所述单晶硅薄层的所述单晶硅基板放入太阳能电池工艺设备，在每个所述单晶硅薄层上实施太阳能电池的单面制备工艺。
在一些实施方式中，还包括，在进行所述化学气相沉积时，收集来自于化学气相沉积反应的尾气，所述尾气包括未参与所述反应的前驱物气体、掺杂气体、以及所述反应的副产物气体；
将收集的所述尾气通过分离装置，分离得到未参与所述反应的前驱物气体和所述反应的副产物气体；以及
将分离得到未参与所述反应的前驱物气体用于所述化学气相沉积，和/或将分离得到所述副产物气体作为原料合成所述前驱物气体用于所述化学气相沉积。
在一些实施方式中，还包括，在从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层之后，通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；
通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得所述单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材。
在一些实施方式中，还包括，当所述单晶硅基板的厚度下降到下限阈值时，通过停止蚀刻所述多孔硅结构并在所述单晶硅基板沉积所述单晶硅薄层，增加所述单晶硅基板的厚度。
在一些实施方式中，所述单晶硅基板的宽度为50mm至500mm、长度为50mm至5m、以及厚度为10um至10mm。
本申请的实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
根据本申请的实施方式，能够提高化学气相沉积法直接制作单晶硅硅片法产能，并且将硅片制造的工艺步序同传统上属于电池制造的扩散发射极的工序融合到一起，从而显著地降低了太阳能单晶硅电池的制造成本，例如：
1、单晶硅基板双面同时沉积单晶硅薄膜硅片，将化学气相沉积设备的产能翻倍，设备投资成本降低一半；
2、单晶硅基板双面同时蚀刻多孔硅，将多孔硅的制作成本降低一半；
3、直拉单晶棒切割使用长方形的双面单晶硅基板，可以获得面积大于目前156mm，
166mm的方硅片甚至大于210mm方硅片的单晶硅电池，如166mm x 4200mm。由于目前硅片和电池的成本下降迅速，而组件面板的玻璃等成本变化缓慢，因而出现了很多牺牲硅片电池成本以提高组件功率的降低组件成本的技术，更大面积的硅片有望帮助电池制作组件的工艺部分降低成本；
4、双面沉积的时候，使用了没有石墨基座(或称作载板)的设计。减少了每片1.3美元的石墨基座摊销成本。确保了化学气相沉积直接硅片法的运营成本低于多晶硅硅料+长晶+切片技术路径；
5、将沉积过单晶硅薄膜的单晶硅基板不剥离出单晶硅片，而是整体进入电池设备进行电池工艺。可省去背面掩模沉积，去除掩模两步工艺，可以减少约10％的电池制作的投资和成本；
6、进一步使用原位化学气相沉积制作外延反射极，可以进一步减少电池设备的投入；
7、减少了去切割损伤的清洗设备的投入；
8、使用多孔硅作为背面陷光结构，进一步提升电池效率；
9、分离提纯循环使用化学气相沉积设备的尾气，可以降低10％-17％的成本；
10、使用化学气相沉积法循环使用被刻蚀多孔硅之后变薄的基板，进一步降低成本约2.8-5.1％。
附图说明
图1为一个单晶硅基板上双面蚀刻有多孔硅结构，多孔硅之上通过化学气相沉积有单晶硅薄膜的示意图。
图2为通过直拉单晶圆棒截取正方形单晶硅基板和截取长方形单晶硅基板的示意图。
图3为使用以氢氟酸为基底的电解液在单晶硅基板上双面同时蚀刻多孔硅电气及设备示意图。
图4为使用以氢氟酸为基底的电解液在单晶硅基板上以in-line连续方式双面同时蚀刻多孔硅电气及设备示意图。
图5为本申请所使用的无基座/载板单晶硅基板上双面沉积单晶硅薄膜的化学气相沉积设备示意图。
图6为双面多孔硅上生长单晶硅薄膜结构情况下，省略掩模和除掩模工艺，尚未剥离制作背面工艺的N型TOPCON高效太阳能电池的一个截面示意图。
图7为化学气相沉积设备的尾气分离并且循环使用的BFD流程框图。
图8为从制备基板开始，制作多孔硅，沉积单晶硅，部分电池正面工艺，闭环利用前驱物直至循环利用基板的一个实施例的BFD流程框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据本申请的实施方式，提供一种单晶硅片材的制造方法，包括：
沿单晶硅棒材的径向或轴向方向切割单晶硅棒材，获得单晶硅基板；
通过湿法腐蚀，对单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；
通过化学气相沉积，在多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及
从多孔硅结构上剥离单晶硅薄层，获得单晶硅片材。
以下参考附图具体描述上述实施方式，在附图中，001为沉积的单晶硅薄膜，002为多孔硅层，003为单晶硅基板，003A为常见的正方形单晶硅基板，003B为长方形单晶硅基板，004为单晶硅圆棒，101为白金电极，102为电源正极，103为电解槽，104为电解液，105为反应腔，106为红外加热器或者感应线圈加热器，107为反应腔的进气，108为反应腔的排气。
其中，图1示出了单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构的示意图。如图1所示003的单晶硅基板，通过电化学方法在003单晶硅基板的正反面制备出双面的多孔硅层002，在双面的多孔硅层002之上通过化学气相沉积法双面同时制备单晶硅薄膜。至多孔硅002的孔闭合之后，在多孔硅上生长出足够需要厚度的单晶硅薄膜，将单晶硅薄膜从多孔硅开孔率最高最疏处通过真空吸盘，楔子插入等方式断开，甚至辅以激光切断以加快该过程。由于这个过程一般是沿着远离基板的撕开，通常被称作剥离。
图2示出了沿单晶硅棒材的径向或轴向方向切割单晶硅棒材，获得单晶硅基板的示意图。图2为制备003单晶基板的两种具体实施方式。003A为沿着单晶(直拉或者区熔)圆棒的圆周方向切开。该方法可以制备常见的156mm，166mm方硅片形状的单晶硅基板。在制作多孔硅，沉积单晶硅之后可以直接获得156mm，166mm方单晶硅薄膜，即制得常见的单晶硅方片。003B为沿着单晶硅棒的长轴方向切开，获得长方形单晶硅基板，该方法可以制得面积远超过所谓M12的210x210mm的方片的大(长方形)硅片。如果需要方硅片，则可以将长方形的单晶硅薄膜从基板剥离后截断成多片方片，或者将单晶硅薄膜截断至多孔硅后剥离成为多片方片。
图3为在单晶硅基板上双面制作多孔硅的具体实施方式。003单晶基板，101为成对的对称布置的白金电极，102为电源正极，103为电解槽，104为腐蚀多孔硅的电解液。一般来说，白金电极需要通过缠绕等方式构筑成为平行于单晶硅基板的一个同基板差不多大小的平面，这样形成并行匀强电流，使得制得的单晶硅基板具有很好的均一性。由于对称性，该方法可以在基板的两个正反面制作对称的多孔硅层，作为后续化学气相沉积的起始表面。
图4为使用in-line匀速连续生产方式在单晶硅基板上双面制作多孔硅的具体实施方式。003单晶基板，101为成对的对称布置的白金电极，102为电源正极，103为电解槽，104为腐蚀多孔硅的电解液。附图为侧视图，即基板水平放置，电极一上一下。in-line匀速连续生产方式也可以设计成基板垂直，电极左右布置，即图4可以视为一个俯视图。基板从一侧匀速进入电极槽，从另外一侧离开，双面同时连续腐蚀多孔硅。由于时空上的对称性，在一些实施方式中，可以使用和基板等大的平行电极，也可以简单的使用白金线作为一个或者多个线电极，白金线平行于基板，白金线的方向垂直于基板前进的方向即可。基板的匀速前进可以使用滚轮，或者直线电机执行。
图5为本申请所使用的无基座/载板单晶硅基板上双面沉积单晶硅薄膜的化学气相沉积设备实施例。003的基板载入105的反应腔，反应腔材质优选为石英，106为红外加热器或者感应线圈透过反应腔对003的基板进行加热。通过107为反应腔的前驱物入口导入前驱物加热后反应开始，108为反应腔的前驱物出口。由于，在一些实施方式中，基板可以放置在通常称为晶舟的托架上，晶舟不会像石墨基座或者载板阻挡基板某一面接触前驱物，化学气相沉积发生在基板的两个面，从而实现了双面沉积，在一片基板上正反面同时制作了两片单晶硅片。前驱物气体如含硅卤化物(卤代硅烷)四氯化硅，三氯氢硅，二氯二氢硅，六氯化硅或者硅烷，乙硅烷及氢气。
当本机台生长外延的时候同时通入掺杂气体，则可以实现原位外延发射极。在本实施方式中，可以进一步将机台设计成基板连续匀速运行的inline外延炉，将装载基板的晶舟沿反应腔向另外一侧输送，可以提高前进方向薄膜厚度和电阻的均一性。反应腔两侧需要用气刀的方式进行隔离。本实施例的配图为一个垂直反应腔，由于inline设计两端都需要硅片进入和离开的空间，因此，inline方式的本实施例，更加倾向于使用水平的反应腔设计。而垂直设计将使得设备过于高大。基板沿着水平方向运动。
此外附图示出的是一个长方形基板的实施例，因此基板的长边只能沿反应腔的轴线方向放置。当使用正方形基板的时候，本实施例可以将基板垂直于反应腔的轴线方向放置，即正方形基板处在反应腔的一个圆截面上。由于重力以及不能有石墨基座或者载板遮挡反应前驱物的要求，垂直反应腔设计用来盛放硅片的晶舟的形状将变得相当繁琐，并且对背面依旧有所遮挡；因而放置方式更适合反应腔水平放置，基板直立在晶舟上。
作为一个示例，如果一个反应腔装填6片156mm x 954mm长方形基板，则一个反应腔可以产出6*(954mm/156mm)*2＝72片156mm硅片，则六个反应腔可以单次装(产)片432片，符合前述一次装片近500片的测算。这样的系统，没有石墨基座，完全可以做到1000万人民币以下的建造成本，甚至只要500万人民币的建造成本。本实施例也可以不使用inline连续前进方式，而通过间歇装片的方式，一次全部装入，反应完成后全部取出。
图6为本申请省去太阳能电池中背面扩散反射极掩模的具体实施例。直接将双面沉积后的基板制绒后进行扩散即制作图中P+的部分，免去了制作背掩模和去除背掩模的两步工艺。更近一步在本申请的化学气相沉积设备中直接掺杂硼，原位制作外延发射极即图中P+的部分，制绒之后再行剥离，制作背面的工艺如TOPCON，退火正面钝化和金属化过程。免去了制作背掩模，硼扩散和去除背掩模的三步工艺。
图7为闭环利用未反应的前驱物和反应生成的副产物的一个实施例的工艺流程框图。其中化学气相沉积法的反应SiCl3H(g)+H2(g)<-->Si(s)+3HCl(g)，尾气中主要包含未反应的SiCl3H和H2，以及副产物HCl以及其他的卤代硅烷如SiH2Cl2，SiCl4等。将尾气收集，并且分离。三氯氢硅经过精馏提纯后重新作为原料回到反应腔，H2作为原料也回到反应腔，HCl可以提纯后作为清洗反应腔的原料进行循环，如果三氯氢硅不足，可以同硅反应Si+3HCl-->SiCl3H+H2合成三氯氢硅精馏提纯后作为原料使用。硅和氯化氢制备三氯氢硅是使用铜催化剂的放热反应，工业上常用的合成三氯氢硅的成熟技术。由于反应副产物众多，其他众多的卤代硅烷未在此简化的BFD图中标出。
图8为N型TOPCON电池情况的一个具体实施例的流程图。参考图6和图8，考虑到如下因素：N型电池少主寿命高，电池效率更高，N型单晶硅棒拉制实现困难，使用本申请的相对晶棒拉制的技术路线优势巨大。化学气相沉积原位发射极，需要改变流程，并且研发新的正面钝化层，技术上变数较大，因而依旧使用硼扩散发射极，而省略背面掩模和掩模去除工艺。同时循环使用单晶硅基板，并且使用化学气相沉积法修复基板损失的厚度。并且，按照图7的具体实施例闭环使用所有能够利用的设备尾气，即未反应的前驱物和反应副产物。
以下具体描述单晶硅片的制造技术，对于单晶硅片的制造，技术上更加直接的可行途径就是跳过多晶硅原料制造，长晶(拉单晶或者铸锭)和切片步骤，直接使用高纯的含硅前驱物(主要为卤代硅烷(含硅卤化物)和硅烷)使用在半导体工业得到普遍使用的化学气相沉积法生长单晶薄膜获得价低质优的单晶硅片。这个途径在太阳能硅片变薄(主流工厂已经小于等于180微米)的趋势下，越来越具有技术可行性。代表性的反应为使用三氯氢硅和氢气作为前驱物反应生成硅和副产物气相的氯化氢在高温下沉积，其反应式如下，
SiCl3H(g)+H2(g)<-->Si(s)+3HCl(g)
其中，g表示气相，s表示固相。
除去减少刃口和边皮损失之外，传统的直拉拉晶和铸锭均使用了石英坩埚。高温下，石英坩埚的二氧化硅成分中的氧不可避免地随着硅液的对流进入硅晶体，氧和硼掺杂形成的硼氧复合降低载流子寿命，是目前的直拉单晶电池效率衰减的主要成因。区熔单晶在熔融过程中不接触石英坩埚，具有极低的含氧量，长久以来一直是制造高效率单晶硅电池的首选。但是区熔单晶原料成本高(硅烷西门子法为主，产能低成本)全球产量有限，区熔单晶炉设备使用硬轴设计，相比直拉单晶技术的使用的软轴单晶炉加工精度要求高，单台价格在约1000万至两千万人民币范围(150万-3百万美元)，因此区熔硅片无法成为单晶电池的普遍原料。气相沉积直接获得单晶硅片，可以做到远远低于直拉和铸锭的含氧量，获得和区熔单晶硅一样的质量。因此化学气相沉积法直接制作硅片有望进一步改善单晶硅电池的衰减，甚至大幅度提高电池的转换效率。此外N型单晶片由于有更高的迁移率和载流子寿命，一直是高效电池的重要选择。由于N型掺杂的分凝系数，掺杂在结晶的单晶中的浓度分布范围更大，因此N型单晶的阻值分布比较宽广，比起P单晶的拉制有更大的难度和成本。N型化学气相沉积由于是气相掺杂，可以更好地控制掺杂的分布，使得硅片的阻值均匀性更好。
但是，即便如此，这也是很巨大的挑战：
通常工业产品的成本来自两方面，即资本投入带来的折旧摊销和运营成本。运营成本中包含原料，耗材电力等。前面提到，多晶硅制造同样需要三氯氢硅和氢气作为前驱体，这部分的成本几乎相当；拉制单晶需要石英坩埚，石墨坩埚，石墨加热器，线锯的钢线等耗材数量远远高于化学气相沉积；化学气相沉积中的石墨基座是成本摊销中主要部分，如果去除该项目则耗材成本主要只包含电耗和前驱物，多晶硅还原和单晶拉制两步工艺都是1000多度的工艺，伴随着大量的热损失，合计高于化学气相沉积的一步高温工艺。因此，化学气相沉积直接直接制硅片很容易在运营成本相当甚至低于多晶硅+拉晶+切片三步工艺。
主要的挑战来自于化学气相沉积的设备成本：
1.主流的太阳能直拉单晶炉的生长速度是1.x-2毫米每分钟(210毫米-240毫米晶棒，156-166毫米方硅片)
2.用于生长多晶硅的还原炉，其生长速率约为1.2-2毫米每小时
3.用于生长单晶硅薄膜的商业化的化学气相沉积设备，生长速率约为1-6微米每分钟(有个别报告到8微米每分钟)。
而目前最新的多晶硅料，直拉/铸锭，切片每吉瓦的工厂建设成本仅仅约6亿人民币，以每片156毫米硅片5-6瓦计算，约年产一亿六千万至两亿片单晶硅片。去掉多晶硅料工厂包含的含硅卤化物前驱体合成工厂，可以分配给单晶硅薄膜直接生长法工厂的预算约5亿人民币。去掉其他设备和工厂基础设施费用，可以用来投资给化学气相沉积设备的预算约2-3亿人民币。
并且目前的半导体工业使用的生长单晶硅薄膜12英寸化学气相沉积法外延设备(在衬底上生长单晶薄膜的技术也被称为外延技术，相应的单晶薄膜也称作外延层)，价格从2百多万美金直到一千两百万美元，而对应的硅片沉积区域面积仅仅相当于4-16片156毫米太阳能硅片。使用这样的技术仅可获得，很小的太阳能硅片产能。假定，单台单晶硅薄膜气相沉积设备可以单次装片500片，沉积速率以6微米每分钟，制作150微米厚度硅片(每片6瓦)。则每小时可以产出1000片150微米156毫米方片，单台设备年产8百万片。一个吉瓦硅片，需要二十台化学气相沉积设备，每台预算约一千五百万人民币的成本结构，才能在工厂投资上低于多晶硅，拉晶，切片传统技术路线。
表1
不同硅片厚度及沉积速率下每吉瓦所需设备数量
Figure BDA0002214355700000101
单台设备装片量 500片
因此需要对传统的单晶硅化学气相沉积设备进行改变，设计一种可以低成本加工制造，并且一次投放很多硅片的化学气相沉积设备用于直接生长单晶硅薄膜以得到比西门子法多晶硅-直拉单晶-切片技术路线更加便宜的单晶硅片。
在产业中，典型的硅单晶化学气相沉积(外延)设备的要素如下：
1.反应腔：高纯耐高温的石英材料制作的反应腔。
2.加热器：加热器可以是设置于透明反应腔外的红外灯，电阻加热器，或者感应线圈。
3.反应腔内有高纯石墨材料制作的石墨基座(托盘，者载板)，石墨基座(托盘或者载板)用于承接硅片，也用于接受来自于加热器的热量，然后将热量通过辐射和热传导传递到硅片上。
4.反应前驱物的输送装置，将反应气体输送到反应腔内，以及将未反应的前驱物和反应副产物排出的排气装置。
特别需要注意的是，世界上主流或者多数的化学气相沉积单晶硅薄膜生长(即外延)设备都是将硅片放置在一个石墨材质基座(托盘或者载板)上，因此单晶硅基板接触石墨基座的那面将无法接触到足够的前驱物供化学气相沉积单晶硅薄膜。由于石墨基座通常会被红外灯，电阻加热器或者感应线圈加热，然后通过接触硅片以热传导方式加热硅基板的背面，是加热基板的重要一环。因此设计加热方式的时候要兼顾到不能影响到基板另外一侧的沉积。并且受加工手段限制，直径超过32英寸(800毫米)高纯石墨，价格交期均指数上升，从而使得设备的尺寸放大成为难题。此外，石墨基座为耗材，在长期使用之后会损坏，因此这些部件不仅导致设备投资上升，也带来较高使用成本的问题。
因此在本申请中，直接去除了石墨基座(托盘，夹具或者载板)，从而实现了单晶硅基板的双面沉积。在目前的半导体用的化学气相沉积单晶硅设备中，石墨基座的价格在800美元-4000美元范围。八百美元的基座可以承载一片8英寸圆片，对应于一片156mm方片，2000美元可以对应4片156mm方片，寿命通常为30000微米，如果每片156mm单晶硅片厚度为80微米，则每片156mm硅片石墨基座的摊销为(2000美元/4)/(30000微米/80微米)＝1.3美元，这3倍于高于目前直拉单晶硅片的售价(0.45美元/片)。换个角度看，单次装片500片的设备，一次性基座(载板)投入资金为25万美元，接近200万人民币。这是非常惊人的。前面有分析，如果取消了石墨基座之后，则主要的运行成本只剩下电耗和前驱物以及如果设备还是用石英炉管的话，包含石英炉管耗材，这些在直拉单晶，多晶硅硅料生产，都有相应的项目，从而真正做到了运行成本低于多晶硅+直拉+切片的传统途径。
反应腔内利用化学气相沉积法生长单晶硅薄膜的对象为前述的宽为(50mm-500mm)长为(50mm-5m)厚为(10μm-10mm)单晶硅基板。该单晶硅基板在正反面腐蚀有多孔硅结构，供生长单晶硅薄膜后剥离。前驱物是含硅卤化物四氯化硅，三氯氢硅，二氯二氢硅，六氯化硅或者硅烷，乙硅烷及氢气等。非常重要的是，在单晶硅基板上通过双面沉积把产能翻倍，而几乎没有设备投资增加。
前面提到多数外延炉利用可以耐受反应腔内壁环境的基座(或者称作载板)进行间接加热。基座或载板通常为可以耐受高温下含硅卤化物和氢卤酸副产物侵蚀的高纯石墨或者陶瓷。基座或者载板本身不能发热，使用石英红外灯管，石墨加热器，金属电阻加热器，感应线圈等加热基座或载板，再通过载板或者基座加热硅基板。由于基座或者载板通常是用来承载硅片(本申请中的单晶硅基板)，因而常常紧贴硅片的背面，导致前驱物无法对接触基板的背面进行镀膜，从而无法实现本申请的双面生长单晶硅薄膜，同时生长正反面两片硅片提高产能的目的。
因此本申请可使用红外灯，石墨(碳)加热器，碳化硅加热器，感应线圈等非接触方式直接加热两面不受遮挡的单晶硅基板，而非通过基座或者载板进行间接加热。这些单晶硅基板被加热至最多1410摄氏度。加热器可以是电阻式加热器，如通电的石墨等；也可以是红外灯，也可以是感应线圈，由于硅的基板可以被事先掺杂因此被线圈感应后实现感应加热。当加热器加热基板至工艺温度，前驱物流过单晶硅基板表面，化学气相沉积过程开始。
前面有提到化学气相沉积单晶硅的生长速度是直拉单晶生长速度的几百分之一，是多晶硅沉积速率的几十分之一。因此某些技术路径转而致力于生长30-60微米维度的单晶硅电池，以期望通过减少电池的厚度来减少单晶硅沉积的时间，这一路线也被称作单晶硅薄膜电池，同传统玻璃或者不锈钢基地的多晶硅薄膜电池相对。这一路线遇到了在0-60微米维度的电池效率同厚度正相关的问题，导致超薄电池的效率低于目前标准电池。
因此换个角度看问题，如果通过本申请实施方式，即两倍的面积沉积单晶硅薄膜，则过去单面沉积的30-60微米的单晶硅片的成本可以通过到双面沉积实现80-120微米的单晶硅片，这个厚度的电池可以无缝兼容目前主流的150微米的技术。即使用本技术，可以不用驱使电池技术离开现在的舒适区从而迅速利用现有技术实现产业化。
化学气相沉积沉积单晶硅设备在本申请中，作为最主要的工序，占据了单晶硅片制造中超过一半的设备投资和制造成本。相比之下，蚀刻多孔硅的湿法蚀刻设备投资小产能大(多孔硅仅有几个微米的维度，电化学蚀刻的速度远远高出化学气相沉积沉积)。后续的剥离是常见的公知技术，通常是简单的机械剥离，成本非常低。因此，双面气相沉积，同等条件下将单晶硅的产能翻倍，具有重要的经济和技术价值。
进一步，在多孔硅之上化学气相沉沉积的单晶硅膜层的厚度为自多孔硅闭合处起计算，1微米至1毫米。
进一步参考图8，在多孔硅之上化学气相沉沉积的单晶硅膜层生长完毕后，可以进行下一步的工序。这时候有两种不同的选择。即直接将多孔硅上的单晶硅膜层剥离，或不剥离，将单晶硅基板连同多孔硅之上化学气相沉积的单晶硅膜层一同送入下一步工序的太阳能电池设备。如果设备兼容，可以在电池某一面的工艺步骤全部完成后，再行剥离，然后进行另一面的电池工艺生长。
在本申请中单晶硅片的背面指的是接触到多孔硅结构的一面，正面指的是化学气相沉积生长出的那一面即和硅片的背面相对的那一面，即正面的法线方向同化学气相沉积的生长方向一致。而电池的正面指的是受光面，通常这一面生长有防反射膜和金字塔形状的陷光结构以保证阳光尽量多地入射电池结构中。
不剥离直接进电池制造设备的优点在于，很多电池镀膜和扩散工艺工艺都会有在边缘甚至背面沉积出少量的同样的膜层，术语称为绕镀。通常需要使用刻蚀工艺去除边缘的绕镀，并且在背面生长(氮化硅)膜层作为硬掩模以保护背面，而双面的基板每一片未剥离的单晶硅薄膜硅片和基板是其背面相对的那片硅片的硬掩模。这样可以省去生长硬掩模和去除硬掩模的两步工艺。
如在图8所示的N型Topcon电池的场合，可以在完成正面制绒，硼扩散等正面工艺之后再进行剥离制作背面工艺。同样正面制绒和扩散等都受益于双重工艺，即同时完成了正反面两片电池的制绒和反射极硼扩散扩大了产能降低了成本。并且多孔硅的双面同时蚀刻设备结构也适用于制绒设备。而对于单晶硅基板单面沉积单晶硅片来说，如果也按照此方法制作，虽然基板本身也可以遮挡绕镀，但是由于需要循环使用基板，仍然需要除去基板背面的绕镀。
此外，多孔硅结构可以起到制绒同样的陷光作用，因此经过优化的单晶硅薄膜硅片背面多孔硅残留可以直接作为陷光结构省略制绒步骤。如果使用硅片背面残留多孔硅代替电池正面制绒，则无法利用背面的基板和硅片起到硬掩模的作用。因此需要比较掩模沉积和去除的成本同制绒成本的高低，选择保留成本较低效果更好的工序。但是即便将残留的多孔硅结构作为背面，由于正面继续使用湿法制绒，形成了事实上的双面的陷光结构(正面制绒，背面多孔硅残留)，对提高电池的转换效率也会提供贡献。
作为基板自身成为背面掩模的一个变通，在生长单晶硅的化学气相沉积设备中吹扫去含硅的前驱物之后，通入扩散用的反应气体同样可以作为硼扩散设备使用。例如N型topcon电池的场合，正面硼扩散通常使用BBr3和O2，因此只需增加BBr3和O2的管路和施加适合的工艺控制步骤。
4 BBr3+3 O2→2 B2O3+6 Br2 2 B2O3+3 Si→4 B+3 SiO2
其中，三氯化硼BCl3和乙硼烷B2H6也是很好的硼掺杂源。
同时，更进一步，在单晶硅化学气相沉积的最后时刻，通入硼掺杂剂如三氯化硼BCl3和乙硼烷B2H6，硼掺杂入单晶硅薄膜内直接形成足够厚度的发射极。这种做法技术上称作外延发射极，或者原位掺杂外延发射极而没有热氧化硅产生，即不生成不需要的硼玻璃。这样可以省去去除热氧化硼玻璃BSG的工艺步骤。同时背部由于被基板和背面的单晶硅层遮挡，也不需要背面生长遮挡用的Si3N4等硬掩模，更不需要通过腐蚀工艺去除该掩模。这样合计可以省去掩模生长，硼扩散，蚀刻去除掩模等三步工艺。大大降低了电池生产的成本。实际操作中发射极外延可以在别的机台上进行，同样也可以是在同一机台上的所谓原位掺杂发射极。对于扩散发射极，结的深度受制于掺杂的扩散，浓度的曲线也服从扩散方程。文献中常见的太阳能电池发射极深度多在0.3-3个微米，深或者浅的发射极都很难通过扩散技术获得。外延发射极可以制作深(厚)度很大的发射极或者而不受扩散原理限制。甚至可以通过调节掺杂气体的流量来控制发射极不同结深处的浓度(电阻)。但是同一化学气相沉积设备中原位制作发射极，则制绒工艺会在发射极完成之后进行，对发射极的的形态会构成影响。
前面所述硼扩散制作发射极(或者硼掺杂外延发射极)系对N型电池而言，如果是P型电池，则需要磷掺杂的N+反射极。原理相同，使用的掺杂等刚刚相反，可以省去掩模生长，磷扩散(仅外延磷发射极情形)，蚀刻去除掩模等三步工艺。
此外，双面工艺省去掩模生长，磷扩散(仅外延磷发射极情形)，蚀刻去除掩模等工艺对于非Topcon工艺的，PERT，PERC电池均适用。
另外在线锯切割后，合并在制绒设备中通常会有一步清洗工艺以清除线锯造成的硅片表面损伤。往往是在制绒前(或后)多一步化学清洗，制绒的湿法设备多一个液体工艺槽。气相沉积法单晶硅片同样可以省略这一步骤，但不是完整的一个机台，仅仅是制绒设备的一个液体工艺槽和相应的耗材等费用。
如果最终产品需要正方形的硅片或者电池片，在剥离前按照需要的正方形尺寸将多晶硅薄膜截断至多孔硅层，剥离得到正方形硅片或者电池片；或者先剥离得到长方形的薄硅片然后再行截断得到正方形硅片或者电池片。
150微米的156mm硅片，每片重8.5克，一吉瓦的硅片需要1亿六千万至两亿片156mm方硅片，重达一千三百六十吨至一千七百吨。如果使用三氯氢硅作为前驱物，硅的摩尔重量为28，三氯氢硅约为133.89，不考虑损耗并且假定所有三氯氢硅100％转化为单晶硅也至少需要约(133.89/28)＝4.75倍，约6460～8075吨三氯氢硅作为前驱物。其中的氯会转为五千至六千吨氯化氢。考虑到实际的外延设备仅仅有20-40％的前驱物沉积为薄膜，通入设备的三氯氢硅的量实际为理论值的2.5至5倍。还需要考虑未反应的前驱物中的硅和氯的成分的处理。如果和传统电池厂或者半导体芯片厂一样碱中和或者燃烧处理将产生数万吨万吨盐水排放，未反应的硅则对应生成两千至五千吨的二氧化硅需要作为固废填埋或者制成白炭黑。因此需要考虑把化学气相沉积设备的尾气收集起来，分离和提纯之后作为比外购原料更为廉价的原料使用，并且大幅度减少环境排放。前驱物是作为原料中比较贵的部分，是生产成本中很大的组成部分。同时从化工工业的角度来看，如果建设10吉瓦的化学气相沉积设备单晶硅片厂，转化率为20％的情况下，需要(6460～8075)/20％*10＝32万吨-40万吨三氯氢硅。已经达到了自建三氯氢硅合成工厂并且闭环循环所有化学气相沉积设备尾气的规模经济(如下表)。
表2
Figure BDA0002214355700000141
并且，对于化学气相沉积设备来说，如单晶硅沉积的三氯氢硅氢气体系下，确定反应温度，三氯氢硅和氢气比例之后，较高的三氯氢硅转化率往往意味着在反应腔内前驱物更高的停留时间导致低沉积速率降低。
根据来自应用材料公司的200毫米硅片Centura HGR机台的生长曲线，三氯氢硅流量从20SLM下降到5SLM，即在反应腔内的停留时间提高了4倍，沉积速率从6.x微米每分钟下降一半到3.x微米每分钟，即1/4倍的气体流量，沉积速率为1/2倍，气体转化率提高一倍，但是需要两倍的机台来沉积相同的膜厚。提高停留时间也可以不提高气体流速，而增大反应腔在气体流动方向的长度。在一些情况下，未反应的前驱物流动到延长的部分继续反应提高转化率。但是反应腔延长部分的部分前驱物已经被消耗，反应副产物增加，沉积速率下降。反应腔延长部分出现大面积低沉积速率的区域，仅仅为入口处高沉积区域的五分之一的沉积速率。这两种方法，都反而导致价格较高的化学气相沉积设备台数增多，都是很不经济的选择。而大型化工常用的分离装置可以成本低廉地分离和循环使用几万至几十万吨前驱物，效率和成本远远甚于提高化学气相沉积设备的前驱物反应转化率。
因此，应当放弃追求转化率，而是追求更高的沉积速率减少化学气相设备的数量，将未反应的前驱物通过一个化工厂循环使用以降低前驱物等的成本。
由于硅片或者太阳能工厂传统上没有化工厂这么大的化学物的循环体量，在监管上相对于三氯氢硅合成工厂适用不同的要求，因此即使自建三氯氢硅等前驱物和其他气体的合成和/或循环提纯工厂往往是独立的实体，以满足化工行业的监管要求。所以闭环循环所有化学气相沉积设备尾气可以是在同一园区或者相近的地点的不同实体的工厂。在化学气相设备收集的尾气通过管道或者槽车运输至位于气体(合成和/或循环提纯)工厂，并将分离处理后的气体输送回来。当距离增大和气体使用量增加的情况下，槽车运输成本会显著上升。比较合理的情况是硅片工厂和三氯氢硅合成和/或循环提纯工厂互相相邻，以围墙河流道路等隔开，互为独立的监管实体，以管道相连将未使用的前驱物和副产物循环使用，这样成本和管理上均最优。
因此在利用化学气相沉积法在单晶硅基板的多孔硅结构上方沉积单晶硅时，在化学气相沉积设备的尾气出口收集尾气，其成分为未参与反应的前驱体如含硅卤化物四氯化硅，三氯氢硅，二氯二氢硅，六氯化硅，硅烷，乙硅烷，氢气等，掺杂气体三氯化硼，磷烷等，以及反应的副产物气体如二氯二氢硅(前驱物非二氯二氢硅得情形)，氯化氢等。将收集的尾气通入分离装置，分离得未反应前驱物和副产物。如分离得未反应前驱物质量满足要求，则直接通入化学气相沉积设备循环使用，如质量不满足要求，则进一步精馏后使用。分离得到得氯化氢可以和硅反应合成三氯氢硅提纯后供本工厂使用，二氯二氢硅等高价值产物可以外送作为芯片工厂的前驱物使用。
由于氯化氢常压常温下是气体，三氯氢硅常压下沸点为三十五度，三氯氢硅，氯化氢分离的能耗和精馏的能耗很低。简单地核算，可以将回收和氯化氢和三氯氢硅的成本近似为零。通常，单晶硅化学气相沉积的成本结构中(含设备折旧)，前驱物气体的成本占比约25％-15％，在转化率20％的(40％转化率的设备和工艺极为少见)情况下，前驱物通过分离和提纯装置的全部循环之后，可以近似为全部低成本地得以循环利用，算入分离提纯得成本，仍然可以将前驱物的成本下降至总成本的5-8％左右，即总成本降低了10％-18％。
剥离后的单晶硅基板重新腐蚀新的多孔硅层，并在其上生长单晶硅薄膜，再次剥离，如此反复循环使用。
单晶硅基板由于反复腐蚀的多孔硅层，多次循环时候后的基板的厚度将会下降变薄。在厚度下降到某一阈值的时候，停止腐蚀多孔硅而直接利用化学气相沉积设备在单晶硅基板上生长单晶硅薄膜，直至单晶硅基板的厚度达到需要的阈值。然后按照前述方法继续制造单晶硅片。阈值为100微米至2毫米之间的某一数值，不同的基板尺寸对最小的基板厚度下限阈值要求不同。这样低于厚度下限阈值的单晶硅基板可以被反复循环使用。
根据本申请的实施方式，使用化学气相沉积法直接沉积单晶硅薄膜的成本可以做到低于直拉单晶切片，因此使用化学气相沉积法来补充单晶硅基板的厚度不仅使得低于基板厚度阈值下限的基板获得利用，并且补充生长出来的薄膜部分的成本也低于单晶硅拉制的成本。通常以使用750微米厚度的硅片作为最初的单晶硅基板，设定阈值为减薄至450微米后开始重新生产硅片，每次制作单孔硅单次单面消耗3微米，则50次循环后耗去300微米，开始重新化学气相沉积基板增厚。相当于每片单晶硅硅片除自身厚度之外另消耗3微米单晶硅。如果不加循环利用直接丢弃450微米的基板，分摊到50次双面共100片硅片上，折合每片丢弃4.5微米厚度的基板。相当于每次则每片单晶硅硅片合计消耗3微米+4.5微米＝7.5微米硅层。假定每片单晶硅片厚度为80微米，可以降低4.5微米/(80+7.5)微米＝5.1％的化学气相沉积成本。
本申请通过上述方法，综合利用，提高化学气相沉积法直接制作单晶硅硅片法产能，并且将硅片制造的工艺步序同传统上属于电池制造的扩散发射极的工序融合到一起，从而显著地降低了太阳能单晶硅电池的制造成本：
1.单晶硅基板双面同时沉积单晶硅薄膜硅片，将化学气相沉积设备的产能翻倍，设备投资成本降低一半；
2.单晶硅基板双面同时蚀刻多孔硅，将多孔硅的制作成本降低一半；
3.直拉单晶棒切割使用长方形的双面单晶硅基板，可以获得面积大于目前156mm，166mm的方硅片甚至大于210mm方硅片的单晶硅电池，如166mm x 4200mm。由于目前硅片和电池的成本下降迅速，而组件面板的玻璃等成本变化缓慢，因而出现了很多牺牲硅片电池成本以提高组件功率的降低组件成本的技术。更大面积的硅片有望帮助电池制作组件的工艺部分降低成本；
4.双面沉积的时候，使用了没有石墨基座(或称作载板)的设计。减少了每片1.3美元的石墨基座摊销成本。确保了化学气相沉积直接硅片法的运营成本低于多晶硅硅料+长晶+切片技术路径；
5.将沉积过单晶硅薄膜的单晶硅基板不剥离出单晶硅片，而是整体进入电池设备进行电池工艺。可省去背面掩模沉积，去除掩模两步工艺。可以减少约10％的电池制作的投资和成本；
6.进一步使用原位化学气相沉积制作外延反射极，可以进一步减少电池设备的投入；
7.减少了去切割损伤的清洗设备的投入；
8.使用多孔硅作为背面陷光结构，进一步提升电池效率；
9.分离提纯循环使用化学气相沉积设备的尾气，可以降低10％-17％的成本；
10.使用化学气相沉积法循环使用被刻蚀多孔硅之后变薄的基板，进一步降低成本约2.8-5.1％。
上述10个方面中，除去6的原位制作外延发射极有文献报道外延发射极相比扩散发射极需要研发同主流的钝化层不同的钝化技术之外，并且制绒在发射极制作之后对电池效率的影响未知。其他1-5，7-10均可以通过公开文献确认其提升产能和效果，可以直接确认对本申请具有成本产能和效率的巨大提升。这些节省成本合计的贡献可以高达60-70％以上。另外从多晶硅原料的成本计算，目前最高端的适合直拉单晶硅的单晶致密多晶硅原料的价格为每吨7.2-7.6万元人民币含税(2019年上半年)，156mm 150微米硅片重约8.5克，(化学气相沉积法下，不计各种刃口和边皮料损失)其多晶硅原料成本按照-7.6万元人民币计算约0.646圆人民币，大约0.1美元。由于化学气相沉积单晶硅片同西门子法多晶硅同样使用三氯氢硅和氢气作为高温前驱物(反应不同，副产物不同)，在我们取消了耗材重最为昂贵的石墨基座(载板)之后，以及闭环循环所有的前驱物和副产物之后，可以认为直接沉积8.5克单晶硅片同西门子法8.5克多晶硅应当成本相当。其成本差异主要来自于多晶硅由于还原炉产能更大，使得其在高温的情况下对外界的热损失要更少(注：西门子法多晶硅的降本技术途径的重要一环即来自于越来越大的还原炉和越来越高的单台产能带来的还原电耗下降。在最近15年，国产还原炉从12对棒进步到64对棒，还原电耗从100-200度电每公斤下降至35-45度电每公斤)。我们以两倍西门子法8.5克多晶硅价格来涵盖所有可能的高出西门子法多晶硅的成本因素，则直接化学气相沉积法制作单晶硅片的成本应当小于(0.646圆人民币，大约0.1美元)的两倍，即￥1.29圆人民按照当前汇率小于0.2美元，这其中已经包含了厂家的利润和增值税。通常，我们把硅片的成本看作是多晶硅料的硅成本和非硅成本(拉晶切片)的合计。如下表的单晶硅片的成本结构可
表3
Figure BDA0002214355700000181
以看到，由于去边皮和刃口损失，单晶硅硅片的硅成本近似为硅片重量所对应硅成本的两倍。也就是说，化学气相沉积法直接制作单晶硅片的成本和常规硅片的硅成本相当，整整减少了全部的非硅成本。2019年主流单晶硅片厂家单晶P型156mm 180μm报价为￥3.07，因此本方法具有非常高的成本潜力。已知目前主流的电池结构依旧适用80-120微米厚度的硅片，而没有很大的效率损失。如果使用化学气相沉积法直接制作单晶80微米厚度硅片，由于多孔硅之上的单晶硅薄膜沉积厚度相对150微米减半，有望实现0.1美元每156mm单晶硅片的售价。这样厚度的硅片，短期内多晶硅-单晶拉制切片途径是无法实现的。因此，使用本方法制作的化学气相沉积法单晶硅片将具有非常强的市场竞争力。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的终端设备来实现。在列举了若干终端设备的单元权利要求中，这些终端设备中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种单晶硅片材的制造方法，其特征在于，包括：
沿单晶硅棒材的径向或轴向方向切割所述单晶硅棒材，获得单晶硅基板；
通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；
通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得所述单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构还包括，
将一对负电极分别设置于所述单晶硅基板的所述顶面和所述底面，并施加电流，同时在所述顶面和所述底面蚀刻所述多孔硅结构。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层还包括，
将所述单晶硅基板设置在用于所述化学气相沉积的反应腔内的托架上，加热所述单晶硅基板，并向所述反应腔通入前驱物气体，使所述前驱物气体接触所述顶面和所述底面的所述多孔硅结构，从而使得在所述多孔硅结构上沉积所述单晶硅薄层。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材还包括，
在剥离所述单晶硅薄层之前，根据所需的所述单晶硅片材的尺寸，对所述单晶硅薄层截断至所述多孔硅结构，剥离经截断的所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材；或者
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，根据所需的所述单晶硅片材的尺寸，对经剥离的所述单晶硅薄层进行截断，获得所述单晶硅片材。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在剥离所述单晶硅薄层之前，所述方法还包括，将所述顶面和所述底面沉积有所述单晶硅薄层的所述单晶硅基板放入太阳能电池工艺设备，在每个所述单晶硅薄层上实施太阳能电池的单面制备工艺。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括，
在进行所述化学气相沉积时，收集来自于化学气相沉积反应的尾气，所述尾气包括未参与所述反应的前驱物气体、掺杂气体、以及所述反应的副产物气体；
将收集的所述尾气通过分离装置，分离得到未参与所述反应的前驱物气体和所述反应的副产物气体；以及
将分离得到未参与所述反应的前驱物气体用于所述化学气相沉积，和/或将分离得到所述副产物气体作为原料合成所述前驱物气体用于所述化学气相沉积。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括，在从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层之后，通过湿法腐蚀，对所述单晶硅基板的顶面和底面蚀刻多孔硅结构；
通过化学气相沉积，在所述多孔硅结构上沉积单晶硅薄层，使得所述单晶硅薄层的厚度达到预定值；以及
从所述多孔硅结构上剥离所述单晶硅薄层，获得所述单晶硅片材。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括，当所述单晶硅基板的厚度下降到下限阈值时，通过停止蚀刻所述多孔硅结构并在所述单晶硅基板沉积所述单晶硅薄层，增加所述单晶硅基板的厚度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述单晶硅基板的宽度为50mm至500mm、长度为50mm至5m、以及厚度为10μm至10mm。
CN201910909721.7A 2019-09-25 2019-09-25 单晶硅片材的制造方法 Pending CN112553685A (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910909721.7A CN112553685A (zh) 2019-09-25 2019-09-25 单晶硅片材的制造方法
PCT/CN2020/115225 WO2021057542A1 (zh) 2019-09-25 2020-09-15 单晶硅片材的制造方法
KR1020227012743A KR20220065008A (ko) 2019-09-25 2020-09-15 단결정 실리콘 시트의 제조 방법
EP20867543.9A EP4019672A4 (en) 2019-09-25 2020-09-15 PROCESS FOR MANUFACTURING A MONOCRYSTALLINE SILICON LAYER
JP2022519558A JP2022550382A (ja) 2019-09-25 2020-09-15 単結晶シリコンウェーハの製造方法
US17/762,527 US20220344531A1 (en) 2019-09-25 2020-09-15 Manufacturing method for monocrystalline silicon sheet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910909721.7A CN112553685A (zh) 2019-09-25 2019-09-25 单晶硅片材的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112553685A true CN112553685A (zh) 2021-03-26

Family

ID=75029284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910909721.7A Pending CN112553685A (zh) 2019-09-25 2019-09-25 单晶硅片材的制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220344531A1 (zh)
EP (1) EP4019672A4 (zh)
JP (1) JP2022550382A (zh)
KR (1) KR20220065008A (zh)
CN (1) CN112553685A (zh)
WO (1) WO2021057542A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09255487A (ja) * 1996-03-18 1997-09-30 Sony Corp 薄膜半導体の製造方法
US6331208B1 (en) * 1998-05-15 2001-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing solar cell, process for producing thin-film semiconductor, process for separating thin-film semiconductor, and process for forming semiconductor
WO2010115902A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-14 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Photovoltaic cell deposition with minimized gas usage
CN107022789A (zh) * 2011-05-27 2017-08-08 晶阳股份有限公司 在外延反应器中的硅衬底上外延沉积硅晶片的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3619053B2 (ja) * 1999-05-21 2005-02-09 キヤノン株式会社 光電変換装置の製造方法
US6583024B1 (en) * 2001-12-06 2003-06-24 Seh America, Inc. High resistivity silicon wafer with thick epitaxial layer and method of producing same
JP2004134672A (ja) * 2002-10-11 2004-04-30 Sony Corp 超薄型半導体装置の製造方法および製造装置、並びに超薄型の裏面照射型固体撮像装置の製造方法および製造装置
JP4682508B2 (ja) * 2003-11-14 2011-05-11 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
US20120167819A1 (en) * 2007-10-06 2012-07-05 Solexel, Inc. Method for reconstructing a semiconductor template
US7772097B2 (en) * 2007-11-05 2010-08-10 Asm America, Inc. Methods of selectively depositing silicon-containing films
CN108505114B (zh) * 2017-02-28 2021-03-05 胜高股份有限公司 外延生长晶圆及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09255487A (ja) * 1996-03-18 1997-09-30 Sony Corp 薄膜半導体の製造方法
US6331208B1 (en) * 1998-05-15 2001-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing solar cell, process for producing thin-film semiconductor, process for separating thin-film semiconductor, and process for forming semiconductor
WO2010115902A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-14 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Photovoltaic cell deposition with minimized gas usage
CN107022789A (zh) * 2011-05-27 2017-08-08 晶阳股份有限公司 在外延反应器中的硅衬底上外延沉积硅晶片的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220344531A1 (en) 2022-10-27
EP4019672A1 (en) 2022-06-29
EP4019672A4 (en) 2023-08-30
JP2022550382A (ja) 2022-12-01
KR20220065008A (ko) 2022-05-19
WO2021057542A1 (zh) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3969163A (en) Vapor deposition method of forming low cost semiconductor solar cells including reconstitution of the reacted gases
US7977220B2 (en) Substrates for silicon solar cells and methods of producing the same
RU2404287C2 (ru) Установка плазменного осаждения и способ получения поликристаллического кремния
CN103748791B (zh) 在外延反应器中的硅衬底上外延沉积硅晶片的方法
US20080023070A1 (en) Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells
EP2419306B1 (en) High efficiency epitaxial chemical vapor deposition (cvd) reactor
KR101368598B1 (ko) 증착 시스템 및 공정
US7732012B2 (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon, and polycrystalline silicon for solar cells manufactured by the method
US20150280222A1 (en) Method, powder, film &amp; lithium ion battery
US20100178435A1 (en) Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells
US9206508B1 (en) Laser assisted chemical vapor deposition of silicon
KR20130018673A (ko) 고순도 실리콘 제조용 플라즈마 증착 장치 및 방법
CN103255469A (zh) 石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法
CN112071953A (zh) 一种板式设备制备钝化接触太阳能电池的方法及装置
CN112553685A (zh) 单晶硅片材的制造方法
WO2018076139A1 (zh) 多晶硅的制造方法以及单晶硅的制造方法
JP2006036628A (ja) 多結晶シリコンの製造方法およびその製造方法によって製造される太陽光発電用多結晶シリコン
WO2007013644A1 (ja) 多結晶シリコンの製造方法
Taft Epitaxial Growth of Doped Silicon Using an Iodine Cycle
US9145303B2 (en) Chemical vapor deposition reactor having ceramic lining for production of polysilicon
JP2013193931A (ja) 多結晶シリコンロッドの製造方法
Ohshita et al. Thin (< 100µm) crystalline silicon solar cell fabrication using low cost feedstock and diamond wire slice technologies
Chalamala Manufacturing of Silicon Materials for Microelectronics and PV.
CN118047381A (zh) 一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法
WO2024124127A1 (en) Float-zone boule growth using gas precursors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination