TW201247948A - Method of fabricating crystalline silicon ingot - Google Patents

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Yu-Min Yang
Kai-Yuan Pai
Wen-Chieh Lan
Chan-Lu Su
Yu-Tsung Chiang
Sung-Lin Hsu
Wen-Ching Hsu
Chung-Wen Lan
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Sino American Silicon Prod Inc
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Description

201247948 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種石夕晶鑄錠(crystalline silicon ingot)之製造 方法，並且特別地，關於利用成核促進層（nUcleation promotion layer)讓其底部為小尺寸矽晶粒且整體缺陷密度低 之矽晶鑄錠的製造方法。 【先前技術】 〇
大多的太陽能電池是吸收太陽光，進而產生光伏效應 (photovoltaic effect)。目前太陽能電池的材料大部份都是以石夕 材為主，主要是因石夕材為目前地球上最容易取到的第二多元 素，並且其具有材料成本低廉、沒有毒性、穩定性高等優 點’並且其在半導體的應用上已有深厚的基礎。 一以石夕材為主的太能電池有單晶石夕、多晶石夕以及非晶石夕 二大類。以多晶矽做為太陽能電池的原材，主要是基於成本 的考量，因為相較於以現有的拉晶法(Cz〇chralski methQd，cz method)以及浮動區域法(floating z〇ne meth〇d，Fz 造的單晶石夕，多晶石夕價格相對地便宜許多。 電池上的多晶石夕，傳統上是利用-般 來生產。_鑄造製程來製備多轉，進而 太陽旎電池上是本技術領域的現有的技 ^ 能‘、、也尺;著’該多晶矽鑄錠被切割成接近太陽 由其製成㈣财，錄相互之_晶向實m機其的中在 201247948 在現有的多晶矽中’因為晶粒的隨機晶向而難以對所製 成的晶片表面進行粗紋化。表面粗紋化後可降低光反射並提 高通過電池表面的光能吸收，來提高光伏電池的效率。另 外，在現有的多晶石夕晶粒之間的晶界中形成的”扭折”，傾向 形成成核差排的簇集，或形成多條線差排形式的結構缺陷。 這些差排以及它們趨向吸引的雜質，造成了由現有的多晶矽 製成的光伏電池中電荷載子的快速復合。這會導致電池的效 ，降低。由這類多晶矽製成的光電池通常比由單晶矽製成的 等效光伏電池的效率低，即使考慮了在由現有技術製造的單 晶矽中所存在之缺陷的徑向分佈。然而，因為製造現有的多 曰曰石夕相對簡單且成本更低，以及在電池加工中有效的缺陷鈍 化，多晶矽成了廣泛用於製造光伏電池之矽材料的形式。 現有技術揭路利用單晶石夕晶種層並基於方向性凝固製成 石夕晶鑄錠，且一般是利用大尺寸且晶向為(1〇〇)的單晶石夕立方 體作為主要晶種。其期望用於矽單晶太陽能電池製造矽晶圓 的晶向為(100)方向，因為利用刻蝕方法方便地形成光捕獲表 面(light-trapping surface)。不幸的是，在(1〇〇)晶向的晶粒與隨 機成核的晶粒競爭的結晶期間（100)晶向的晶粒表現差。為了 最大化在鑄錠t引晶的結晶體積，現有技術揭示利用（m)晶 向的石夕的邊界包圍(100)晶向的石夕晶種面積。該邊界非常成功 地抑=了其他晶向的晶體。以這種方法，簡鎊造具有高性 能的單晶矽及/或雙晶(bi-ciystal)矽塊狀體的鑄錠，其最大化 所得的晶_少數紐子之壽命，該晶_於製造高效太陽 月^電池。在此，術語”單晶矽"是指單晶矽的主體，其在整個 範圍内具有一個一致的晶體晶向。術語”雙晶石夕"是指如下的 石夕的主體’其在大於或等於該主體體積5()%的範圍内具有一 個-致的晶體晶向，且在主體的剩餘體積内具有另一個一致 的，體晶向。例如’這種雙晶柯以包含具有—個晶體晶向 的單晶碎主體’其緊鄰構成結晶⑦剩餘體積的另—種具有不 201247948 同晶體晶向的單祕域。此外’财料晶錢指具有厘 米規模的細微性分佈的結晶矽，且在矽的主體内具有多種隨 機晶向的晶體。然而，前述現有技術是利用昂貴單晶矽晶種 的方法，大幅增加矽晶鑄錠整體的製造成本。 其他現有技術則不借助昂貴的單晶矽晶種，其利用局部 過冷(undercooling)先在坩堝底部佈滿橫向長晶，再向上成長 柱狀結構，其大尺寸矽晶粒具有低缺陷密度。因此，根據其 他現有技術製造的矽晶鑄錠，其經切片後之矽晶圓製成太陽 能電池，可以獲得較高的光電轉換效率。 然而，其他現有技術所提技術僅在實驗室裡成功驗證。 f至工業級尺寸時，多晶雜造欲以局部過冷控制晶面樹 枝狀晶成長佈滿於坩堝底部變得較為困難。工業等級多晶矽 鑄造受到職與整體受熱均勻性的影響，增加初始過冷^ 異丄容易令多晶石夕在掛禍底部成長為大晶粒且成為缺 锆度偏咼的區域，在成長延伸時更快速增加缺陷密度，致 使石夕晶鑄錠整體㈣品龍差，後續製成的太陽能電池的光 電轉換效率也較低。 O 卜’請參閱* 1圖，為現有多晶石夕鑄錠之晶向檢測結 果技射f結晶幾何極圖中由晶向(001)、（111)及(101)構成三角 开V之示忍圖結果。第1圖係顯示現有多晶矽鑄錠其優勢晶向 (dominant orientation)為介於(112)與(315)之間及/或介於(313) 與(ϋ)之間的晶向。在此，術語”優勢晶向，，是指佔石夕晶鑄旋 之體積百分比高於50%的晶向群組。 【發明内容】 因此，本發明所欲解決的技術問題在於提供一種利用成 核促進層協助Μ粒成核，且成長成底部為小尺切^ 201247948 整體缺陷密度低之矽晶鑄錠的製造方法。根據本發明之方法 所製造的矽晶鑄錠其後續製成的太陽能電池的成本較低、光 電轉換效率也較高。 _ 此外，本發明之另一範疇為提供一種製造具有不同於現 有梦晶圓之特殊結晶特性的梦晶鑄錠之方法。 〇 本發明之一較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠之方法，首 先，裝成核促進層至模内之底部。模本身定義垂直方向。 接著，本發明之方法係裝矽原料至模内，且放置在成核促 進層上。接著，本發明之方法係加熱模直至矽原料全部熔 湯⑽c〇n melt)。接著，本發明之方法係控制關 之至少一熱場參數(the聰1 c她。1 pa贿_， 晶粒從石夕溶湯中在成核促進層上成核，且沿垂 ίΪ向ίί。最後，本發明之方法係繼續控制至少-埶場 參數，讓夕個矽晶粒繼續沿垂直方向 全部凝固以獲得⑦晶鑄錠。 社且直至魏两 實施例中，成核促進層並且抑制多個石夕晶粒 ^亩方X ° #陷⑨度的增加。石夕晶鑄錠内缺陷密度沿著 〇 垂直方向之增率為0.01%/mm〜1〇%/mm。 魏/口者 二;=。，緊鄰成核促進層的獅之平均 狀的結晶顆中且ίΪΪΐ:系由多:固具:規則形 約50mm。 、、’0日日顆粒之顆粒尺寸係小於 晶矽顆粒、單日炉化矽日日顆粒為多晶矽顆粒、單 材料开日Γ 顆粒或其倾點高於約iwc之 材料形成且有助於成_結晶_。 α 201247948 於1一具體實施例中，成核促進層係板體。板體係由 其溶點J於約1400。。之材料形成。板體與雜湯接觸的 表面具有$_從3GGMmi _μηι^粗糖度，以提供多個 石夕晶粒多個成核點。 *亨J具體實施例中’根據本發明之方法所製造的石夕晶 鑄錠其多個矽晶粒之優勢晶向係介於(〇〇1)與(111)之間，並且 多個石夕晶粒巾具有優勢晶向之♦晶粒佔體積百分比高於約 50% 〇 Ο ^一具體實施例中，加熱器（heater)係安置在模之 定向凝固塊(directional solidiflcation block)係安 第一^=。至少—熱場參數可以包含從加熱器至模之 第一 度梯度、從矽熔湯之底部至定向凝固塊之頂 二溫度梯度或熱傳輸通量，等等熱場參數。 昔土 之另—較佳具體實施例之製妙晶鑄錠之方法， 成核促進層上成核，且沿該垂直方向成長。 之方法係繼續控制至少一埶場參數，讓多 土月 垂直方向成長，且直至雜湯全部凝固以獲财晶缚鍵。 促進層至模内之底部。成核促進層係由多個 形狀的結晶顆粒接合在一起所形成。模本身定義 接著’本發明之方法係財原料至模内，且ί 片料。上。接著，本發明之方法係加熱模直至石夕 切料。接著，本㈣之方法係控制關於 場參數，致使多卿晶粒從彻易中在 f行以==冷;==;:= 向生 j i而=成本較低的成核促進層直接提供雜湯密隼的成 核點，製造高密度的晶粒分布，來抑制成長快的成 7 201247948 ί大量降低大尺寸石夕晶粒分佈比例。由於，小尺 寸石曰Γ尤！〜、於長晶過程中有較少晶粒競爭現象，且小尺寸 :夕密較易趨於單—向上成長，;日ΐ粒大二冗 ϋΐίΐΐΐ無法成長完整的情況。此外，伴隨得來的高 程中’能以應力場吸引缺陷集中或於晶界 上^釋放熱應力，抑制差排等缺陷快速增加，因此獲得高 2 =ί ’後續製成的太陽能電池的光電轉換效率也 2右ίίίί明之方法所製造⑽晶鏵錠其結晶特性不同 於現有矽晶鑄錠的結晶特性。 關於本發明之優點與精神可以藉由 附圖式得觀-步崎解。 ^状所 【實施方式】 請參閱第2Α圖至第2D圖’係以截面視圖示意地繪示本 發明之一較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方法。 如第2Α圖所示，本發明之製造方法大致上依循定向凝 固系統(directional solidification system，DSS)，採用 DSS 長晶 爐1。DSS長晶爐1之構造包含爐體1〇、由上絕熱罩i22 g 下絕熱板124構成之絕熱籠12、安置在絕熱籠12内之定g 凝固塊18、支狀向凝固塊18之至少―支撐柱19、安置在 定向/疑固塊18上之基座π、安置在基座17内之模16、安置 在模16之上之加熱器14以及貫通爐體1〇與絕埶2 性氣體導管11。 … 實務上，模16可以是石英掛堝。定向凝固塊μ可以由 石墨製成。基座17可以由石墨製成。惰性氣體導管u 導入氬氣至絕熱籠12内。 201247948 至模二第内2之:示槿ΤΓΐί法首先係裝成核促進層2 發明之方法卿_料3 t義垂直方向F。接著，本 層2上/裝夕料至模16内，且放置在成核促進 Ϊ座17裡裝入成核促進層2以及石夕原料30的模16則放置 邻炫，ΐ L本發明之方法係加熱模16直至該石夕原料3〇全 祕化成石夕炼湯32,如第2Β圖所示。 Η "王 • 埶場土發，之方法係控制關於石夕溶湯32之至少一 0 上=多個/晶粒34從該魏湯32中在該ί核 I- 尺寸增長倍數係藉由下列公明粒34 °上述平均晶粒 s 中^為成核的多個石夕晶粒34之平均尺寸，
Sf為成核且成長後的多個矽晶粒34之平均尺寸。寸 〇 DSS3爐含熱傳輸通量。如第2C圖所示， 本受絕^丨12=上升，使原 籠12内、外部熱交換的管道，產生‘;輸=隙便成為絕熱 最後，如第2D圖戶斤千，士欲αα ., 熱場參數多個=粒^=7向控^ 長且直至石夕熔商32全部凝固以獲得石夕晶缚鍵/ 於-具體實施例中，成核促 粒34於成長過程中缺陷密度的增加。石夕晶 密度沿著垂直方向Γ之增率範圍為〇〇1%/曰贿〜1〇%=陷 201247948 矽晶鑄錠内缺陷密度之增率係藉由下列公式計算： X2、Xi處切面之缺陷密度：2 Dxl刀别為石夕晶输3在 明之ϋΐ石夕晶粒也可以有效抑制缺陷密度的增率。本發 之4:=:成核促進層2的-㈣ 寸係小於約5〇mm。 且母—結晶顆粒22之顆粒尺 於一具體實施例中，多個結日 M00ΐ:二且單炭化彻立或其他溶點SΪ 料(#或chunks)，多晶石夕或單晶矽碎 w晶娜轉於模成二將= 2，如第2A圖所示。如第2B祕_ i7成為成核促進層 晶石夕碎料鋪填成的成核促進層2, 日石夕或f 其餘部分未熔化。碎料之部分炼化， 如第-圖所示，上絕熱罩；上7二==寺 201247948 一開度，讓模16下方散熱。 於另一具體實施例中，如第3圖所示，成核促進層2 係板體24。板體24係由其熔點高於約1400°C之材料形 成’例如，而純度石墨、砍以及氧化銘、碳化碎、氮化 矽、氮化鋁、等陶瓷材料。板體24與矽熔湯32接觸的表 面具有範圍從300 pm至ΙΟΟΟμηι之粗链度，以提供多個石夕 晶粒34多個成核點。第3圖中具有與第2C圖相同號碼標 記之元件，有相同或類似的結構以及功能，在此不再贅述。 Ο ❹
請再次參閱第2A圖至第2D圖，加熱器14係安置在 模16之上。定向凝固塊18係安置在模16之下方，間接 與模16接觸。至少一熱場參數可以包含從加熱器14至模 16之第一溫度梯度、從矽熔湯20之底部至定向凝固塊18 之頂部之第二溫度梯度或熱傳輸通量等等熱場參數。於實 務上’第一溫度梯度需控制在低於0.4〇C/cm，可以藉由加 大加熱器14與模16之間的距離，或將加熱器14的加埶 溫度控制在低於141(rC，等方法來達成。第二溫度梯 需控制气高於17°C/cm’可以藉由加大定向凝固塊18 J 方法來達成。熱傳輸通量需控制在高於 37000, ’可以藉由將上絕熱罩122開速提升至允蜂 以上來達成。 首之另—較佳具體實施例之製造⑦晶鑄錠之方法， 核促進層2至模16内之底部。成核促進層2 =由=具不規卿狀的結晶顆粒2 得，拉Η·万沄所袈垃另矽晶鑄錠的底部而取 仟猎此，回收成核促進層2再行使用。 接著，本發明之方法係裝石夕原料3〇至該模16内，且 201247948 放置在成核促進層2上。 接著’本發明之方法係加熱模 炼化成轉湯32。接著，太路日日々士、7原抖30全部 32之至少-㈣^ &發明之方法係控_於魏湯 中在成核促進i 2上杰4使多個矽晶粒34從矽熔湯32 #广晶粒34從層 Γ倍方4向^成長成平均晶粒尺寸增長倍數約2至 〇 最後，本發明之方法係繼續控制至少一埶 多個石夕晶粒34繼續沿垂直$@ p 讓
全部凝固以獲彳树晶^直3方向K成長’且直至雜湯U 於-具體實施例中，成核促進層2並且抑制多個 ί二中广陷密度的增加。石夕晶鑄錠3内缺： 在度者垂直方向F之增率翻為G帆/咖〜1()%/_。 之平= 中，緊鄰成核促進層2的矽晶粒34 之干均晶粒尺寸小於約l〇mm。 〇 ^於一具體實施例中，成核促進層2係由多個JL不規則 形狀的結晶顆粒22所構成，且a n八規貝J 寸係小於約50麵。 母結晶齡22之顆粒尺 勢曰tfi發明之方法所製造之秒晶鑄錠❹卿晶粒之優 ^曰向係介於_)與(111)之間，並且多德夕晶粒 曰曰向之矽晶粒佔體積百分比高於約50%。 为笟另 藉由據本發明之方法所製造之矽晶鑄錠 ΕΒ^ ㈣ 射(eleCtr〇n back•峨ered 咖tion, )進仃結晶學方面的分析，其矽晶粒各種晶向的比例 12 201247948 係示於第4圖。 ^第4圖之數據證實，根據本發明之方法之—較佳且 (〇〇論，所製造之石夕晶鑄鍵其多個石夕晶粒之優勢晶向係介於 占體’並且乡彳时晶財具有優勢晶向之矽晶粒 1t5體積百分比兩於約70%。
4參閱第5圖，A鑄錠為本發明之石夕晶鑄錠，其沿著 1曰曰鑄錠高度之平均晶粒尺寸變化係標示於第5圖'中Γ於 t曰5、圖中並且標示B鑄錠其沿著矽晶鑄錠高度變化之平 粒尺寸，做為對照。B鑄錠係根據現有技術所提出的 方法所製造的矽晶鑄錠。 。請參，第6圖，Α鑄錠的角落區域、側壁區域以及中 央區巧沿著矽晶鑄錠高度變化之缺陷密度係標示於第6圖 中第6圖中的缺陷密度係以缺陷面積比例表示。做為對 照，B鑄錠的角落區域、側壁區域以及中央區域沿著石夕晶 鑄錠高度而變化之缺陷面積比例也標示於第6圖中。 請參閱第7圖，對應A鑄錠的底部區域、中間區域 以及頂部區域(距離A鑄錠底部約250mm)，顯示其矽晶 粒尺寸的金相圖係示於第7圖。做為對照，對應B鑄錠 的底部區域、中間區域以及頂部區域(距離B鑄錠底部約 250mm)，顯示其矽晶粒尺寸的金相圖係示於第8圖。作 為案例的A鑄錠及β鑄錠’鑄錠的高度皆為25〇min。 請參閱第9圖’取材於a鑄錠的底部區域、中間區 域以及頂部區域(距離A鑄錠底部約250mm)所製成太陽 能電池的光電轉換效率係標示於第9圖中。做為對照，取 材於B鑄錠的底部區域、中間區域以及頂部區域(距離β 鑄錠底部約250mm)所製成太陽能電池的光電轉換效率也 13 201247948 標不於第9圖中。取材於A鑄錠所製成太陽能電池的平 均光電轉換效率高過取材於B鑄錠所製成太陽能電池的 平=光電轉換效率約0.6%。取材於B鑄錠各區域所製成 太％能電池的光電轉換效率範圍為16.70%~17.10%。取材 於A鑄錠各區域所製成太陽能電池的光電轉換效率範圍 為17.41%〜17.56%，相較下，各區域所製成太陽能電池的 光電轉換效率相當接近，利於電池製造商應用於電池的製 造’更具商業應用價值。 〇 從第5圖、第6圖及第9圖之數據以及第7圖、第8 ，之金相照片，可以清楚瞭解B鑄錠的長晶過程在坩堝底 成長為大晶粒且成為缺陷密度較低的區域，但在成長延伸時 增加缺陷密度，致使矽晶鑄錠整體晶體品質變差，其 ^續製成的太陽能電池的光電轉換效率較低。相較於Β鑄 :=鱗錠的長晶_引人成核促進層直接提供雜湯密 ，巧核點，來大妍低大尺切晶齡佈比例。由於，小 ^ 粒型態於長晶過程中有較少晶粒競爭現象，且小尺 粒分佈緊密較易趨於單—向上成長，減少晶粒大吃小 曰、晶無法成長完整。此外，A鑄鍵中分佈密佈 程中，能以應力場吸引缺陷集#或於晶界 〇 鑄錠敕，抑制差排等缺陷快速增加，進而讓矽晶 晶體品f ’後續製成的太陽能電池的光電 單曰:目’為根據本發明之方法利用不同尺寸 ，職7 20=52數據。單晶石夕碎料分別為： 圖令的缺陷密度同樣以轨贿，共计二組不同尺寸。第10 數據可以清楚看出本積3 = 3第1〇圖之 a月矛J用二組不同尺寸早晶碎碎料做 14 201247948 為成核促進層製造出的矽晶鑄錠，其缺陷密度皆报小。 上難具體實施例之詳述，係村缺加清楚描 ^本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳且體實 對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是‘望能 ^盍各種改變及具相等性的安排於本發明 。因此，本發明所申請之專利範圍的二= ο Ο 201247948 【圖式簡單說明】 第1圖係為現有多晶石夕鑄錠之晶向檢測結果投射在結晶 幾何極圖中由晶向(001)、（111)及(101)構成三角形之示意圖。 第2A圖至第2D圖係以截面視圖示意地繪示本發明之製 造矽晶鎊録:的方法之一較佳具體實施例。 第3圖係本發明的DSS長晶爐之一具體實施例的截面 視圖，以顯示裝在模内底部之成核促進層係板體。 第4圖係根據本發明之方法所製造的矽晶鑄錠其各種 晶向的比例。 第5圖係本發明之一較佳具體實施例所製造的矽晶鍀錠 與其對照的矽晶鑄錠之石夕晶粒尺寸比較結果。 第6圖係本發明之一較佳具體實施例所製造的矽晶鑄錠 與其對照的矽晶鑄錠之缺陷密度比較結果。 第7圖係本發明之一較佳具體實施例所製造的矽晶鑄錠 其底部區域、中間區域以及頂部區域，顯示其碎晶粒尺寸 的金相圖。 第8圖係做為對照的矽晶鑄錠其底部區域、中間區域 以及頂部區域’顯不其珍晶粒尺寸的金相圖。 第9圖係本發明之一較佳具體實施例所製造的矽晶鑄錠 與其對照的石夕晶鑄錠之後續製成太陽能電池的平均光電轉換 效率比較結果。 、 第10圖係利用不同尺寸單晶矽碎料做為成核促進層 201247948 製造出本發明之矽晶鑄錠 陷密度數據。 【主要元件符號說明】 I : DSS長晶爐 II :惰性氣體導管 122 :上絕熱罩 14 :加熱器 17 :基座 19 :支撐柱 22 .結晶顆粒 3:矽晶鑄鍵 32 : >5夕溶湯 Q Γ:垂直方向 ，其沿著矽晶鑄錠高度變化之缺 10 :爐體 12 :絕熱籠 124 :下絕熱板 16 :模 18 :定向凝固塊 2:成核促進層 24 :板體 30 :矽原料 34 ·梦晶粒 17

Claims (1)

  1. 201247948 七、申請專利範圍： 1、-，製造-石夕日日日鑄鍵之方法’包含下列步驟： 垂直ίίΓ A核促進層至—模内之底部，該模本身定義一 原，至該模内’且放置在該成核促進層上； 果，直至该矽原料全部熔化成一矽熔湯； ⑷控制關於該赠湯之至少-孰場參數，致使多個 ;從=熔湯中在該成核促進層上成核且沿該垂二 〇 („制該熱場參數’讓該多個矽晶粒繼續沿該垂直 向成長，直到該矽熔湯全部凝固以獲得該矽晶鑄錠。 請求項1所述之方法，其中_晶鑄_缺陷密度沿著 該垂直方向之增率為001%/mm〜10%/mm。 18 201247948 體與該矽 如請求項3所述之方法，其中該成核促進層係一拓辦^ 其雜高於約i修C之材料形成，^ ’该 ===il圍.從300_00—之粗輪度:以提 8、 如請求項1所述之方法，其中該多個矽晶粒之優勢a &在人 與(ill)之間’該多個石夕晶粒中具有優勢 ϋ佔 積百分比高於約50%。 力’a曰粒佔體 9、 如請求項1所述之方法，其中該多個矽晶粒之優勢s 〇 該多崎中具有優勢晶向上 10、 一種製造一矽晶鑄錠之方法，包含下列步驟： ⑻安袭-成核促進層至一模内之底部，該成核促進層係 二，具不規則形狀的結晶顆粒接合在所形成，該模^ 身疋義一垂直方向； 、 (b)安裝一矽原料至該模内，且放置在該成核促進層上； (C)加熱該模直至該矽原料全部熔化成一矽熔湯； ·〇 長 以及 (d)控制關於該矽熔湯之至少一熱場參數，致使多個矽晶 ^從該矽熔湯中在該成核促進層上成核且沿該垂直方向成 (e)繼續控制該熱場參數，讓該多個矽晶粒繼續沿該垂直 方向成長，直到該矽熔湯全部凝固以獲得該矽晶鑄錠。 ^二如請求項1〇所述之方法，其中該矽晶鑄錠内缺陷密度沿 著°亥垂直方向之增率範圍為〇.〇l%/mrn〜。 晶 =、如請求項10所述之方法，其中緊鄰該成核促進層的矽 粒之平均晶粒尺寸小於約10mm。 201247948 13、如請求項12所述之方法，其 寸係小於約5〇mm。 、 每—、、，Q晶顆粒之顆粒尺 M、如請求項13所述之方法，其 由-多晶矽顆粒、一單晶矽顆u夕：、、，口晶顆粒包含選自 成之群組中之其一。 以及一早晶碳化矽顆粒所組 15、如請求項13所述之方法， 晶石夕顆粒或-單晶賴粒，於步=個j難包含一多 部分熔化，其餘部分未熔化。 ，δ亥夕個結晶顆粒之 ^如請求項10所述之方法，其中該多 二於_與⑽之間，該多_晶粒中 5 2勢晶向係 體積百分比高於約50%。 愛势曰曰向之矽晶粒佔 Π、如請求項1〇所述之方法，其中該多 介於(001)與(m)之間，該多個矽晶粒中 ^^優勢晶向係 體積百分比高於約7G%。 、5㈣—切晶粒佔
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103014852A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 韩华新能源科技有限公司 一种用于铸造高效多晶硅锭的方法
TWI557281B (zh) * 2015-07-17 2016-11-11 Sino American Silicon Prod Inc 多晶矽晶鑄錠、多晶矽晶棒及多晶矽晶片

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10065863B2 (en) * 2011-11-28 2018-09-04 Sino-American Silicon Products Inc. Poly-crystalline silicon ingot having a nucleation promotion layer comprising a plurality of chips and chunks of poly-crystalline silicon on the bottom
US10087080B2 (en) * 2011-11-28 2018-10-02 Sino-American Silicon Products Inc. Methods of fabricating a poly-crystalline silcon ingot from a nucleation promotion layer comprised of chips and chunks of silicon-containing particles
US10029919B2 (en) 2014-04-29 2018-07-24 Sino-American Silicon Products Inc. Multicrystalline silicon brick and silicon wafer therefrom
CN104294358B (zh) * 2014-11-11 2017-08-01 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 一种多晶硅锭的制备方法及多晶硅锭
JP6487675B2 (ja) * 2014-11-21 2019-03-20 シャープ株式会社 多結晶シリコンインゴット製造方法、多結晶シリコンインゴットの用途の製造方法及び多結晶シリコンインゴット
DE102015201988A1 (de) * 2015-02-05 2016-08-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von multikristallinem Silicium
US10297702B2 (en) * 2015-08-26 2019-05-21 Sino-American Silicon Products Inc. Polycrystalline silicon column and polycrystalline silicon wafer
GB2550415A (en) * 2016-05-18 2017-11-22 Rec Solar Pte Ltd Silicon ingot growth crucible with patterned protrusion structured layer
TWI595124B (zh) * 2016-07-18 2017-08-11 綠能科技股份有限公司 多晶矽鑄錠的製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2985519A (en) * 1958-06-02 1961-05-23 Du Pont Production of silicon
DE3310827A1 (de) * 1983-03-24 1984-09-27 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur herstellung von grobkristallinem silicium
JP3242292B2 (ja) * 1995-06-15 2001-12-25 シャープ株式会社 多結晶半導体の製造方法および製造装置
US6343641B1 (en) * 1999-10-22 2002-02-05 General Electric Company Controlling casting grain spacing
JP4054873B2 (ja) * 2003-07-17 2008-03-05 国立大学法人東北大学 Ｓｉ系結晶の製造方法
JP2006310368A (ja) 2005-04-26 2006-11-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池の製造方法及び太陽電池
JP4203603B2 (ja) * 2005-11-30 2009-01-07 国立大学法人東北大学 半導体バルク多結晶の作製方法
EP1974076A2 (en) * 2006-01-20 2008-10-01 BP Corporation North America Inc. Methods and apparatuses for manufacturing geometric multicrystalline cast silicon and geometric multicrystalline cast silicon bodies for photovoltaics
JP4923253B2 (ja) 2006-09-08 2012-04-25 国立大学法人東北大学 Ｓｉバルク多結晶の作製方法
DE102007020006A1 (de) 2007-04-27 2008-10-30 Freiberger Compound Materials Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von poly- oder multikristallinem Silizium, dadurch hergestellter Masseblock (Ingot) sowie Wafer aus poly- oder multikristallinem Silizium, und Verwendung zur Herstellung von Solarzellen
US20100193031A1 (en) * 2007-07-20 2010-08-05 Bp Corporation North America Inc. Methods and Apparatuses for Manufacturing Cast Silicon From Seed Crystals
DE102007038851A1 (de) 2007-08-16 2009-02-19 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern
KR101413370B1 (ko) * 2008-02-29 2014-06-30 더 트러스티이스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕 결정질 막 제조 방법, 태양전지 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 결정질 막 및 태양 전지
CN102362016B (zh) * 2009-01-30 2014-10-22 Amg艾迪卡斯特太阳能公司 晶种层和晶种层的制造方法
KR101217458B1 (ko) 2009-09-24 2013-01-07 주식회사 글로실 회전형 도어 개폐장치가 구비된 다결정 실리콘 주괴 제조장치
DE102011003578A1 (de) 2010-02-25 2011-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken
JP5676900B2 (ja) * 2010-03-26 2015-02-25 三菱マテリアル株式会社 多結晶シリコンインゴットの製造方法
CN101864594A (zh) 2010-06-10 2010-10-20 晶海洋半导体材料（东海）有限公司 一种准单晶硅的铸锭方法
TWI534307B (zh) * 2010-06-15 2016-05-21 中美矽晶製品股份有限公司 製造矽晶鑄錠之方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103014852A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 韩华新能源科技有限公司 一种用于铸造高效多晶硅锭的方法
CN103014852B (zh) * 2013-01-10 2016-03-02 韩华新能源科技有限公司 一种用于铸造高效多晶硅锭的方法
TWI557281B (zh) * 2015-07-17 2016-11-11 Sino American Silicon Prod Inc 多晶矽晶鑄錠、多晶矽晶棒及多晶矽晶片

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