TW201805493A - 晶種的鋪設方法及類單晶晶錠之製作方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種晶種的鋪設方法，包括鋪設拼接晶種層於長晶容器之底部。上述拼接晶種層包括單晶塊及單晶擋片，單晶塊經配置位於長晶容器之底部且彼此不接觸，單晶擋片分別夾設於相鄰單晶塊之間的間隙並分別與相鄰單晶塊接觸，且單晶擋片之寬度小於單晶塊之寬度。單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同，且各單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向分別具有不為0度的夾角。本揭露提供一種類單晶晶錠之製作方法，包括形成熔湯於拼接晶種層上，以及冷卻熔湯以使晶粒由拼接晶種層上成長以形成類單晶晶錠。

Description

晶種的鋪設方法及類單晶晶錠之製作方法

本揭露係關於一種晶種的鋪設方法及類單晶晶錠之製作方法。

太陽能電池是一種藉由吸收太陽光並利用光伏效應(photovoltaic effect)進行光電轉換以產生電能的光電元件。目前太陽能電池的材料大部份都是以矽材為主，主要是因矽材為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、沒有毒性、穩定性高等優點，且其在半導體的應用上已有深厚的基礎。

目前矽材料中應用最普遍的是晶體矽材料，包括單晶矽和多晶矽兩大類，其中單晶矽晶錠主要是以拉晶法(Czochralski method,CZ method)或浮動區域法(floating zone method,FZ method)加以備製，而多晶矽晶錠主要是以定向凝固法(Directional Solidification method)加以備製。相較於單晶矽的製備方法，定向凝固法所生產的多晶矽晶錠具有製程簡單、生產成本 低以及具有較大晶錠尺寸等優點而廣泛地被應用。相較於單晶矽晶錠，多晶矽晶錠雖然製作成本較低，但多晶矽晶錠中存在大量的晶界和位錯缺陷，故導致多晶矽太陽能電池的光電轉換效率不如單晶矽太陽能電池。因此，兼顧生產成本與光電轉換效率成為多晶矽太陽能電池發展上的重要挑戰。

本揭露之一實施例提供一種晶種的鋪設方法，包括鋪設一拼接晶種層於一長晶容器之底部。上述拼接晶種層包括複數個單晶塊以及複數個單晶擋片，單晶塊經配置而位於長晶容器之底部且彼此不接觸，單晶擋片係分別夾設於相鄰之單晶塊之間的間隙並分別與相鄰之單晶塊接觸，且單晶擋片之寬度小於單晶塊之寬度。單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同，且各單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角。

本揭露之另一實施例提供一種類單晶晶錠之製作方法，包括鋪設一拼接晶種層於一長晶容器之底部、形成一熔湯於拼接晶種層上，以及冷卻熔湯以使晶粒由拼接晶種層上成長以形成一類單晶晶錠。上述拼接晶種層包括複數個單晶塊以及複數個單晶擋片，單晶塊經配置而位於長晶容器之底部且彼此不接觸，單晶擋片係分別夾設於相鄰之單晶塊之間的間隙並分別與相鄰之單晶塊接觸，且單晶擋片之寬度小於單晶塊之寬度。單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶 向相同，且各單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角。

本揭露之方法利用拼接晶種層製作類單晶晶錠，其中拼接晶種層包括單晶塊與單晶擋片，且單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同但各單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角，藉此可抑制相鄰的單晶塊所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯，進而大幅減少缺陷面積比。

10‧‧‧長晶容器

12‧‧‧拼接晶種層

12A‧‧‧單晶塊

12B‧‧‧單晶擋片

12B1‧‧‧單晶擋片

12B2‧‧‧單晶擋片

12G‧‧‧間隙

A‧‧‧主要晶向

B1‧‧‧次要晶向

B2‧‧‧次要晶向

14‧‧‧熔湯

16‧‧‧類單晶晶錠

V‧‧‧長晶方向

12C‧‧‧第一外圍擋片

12D‧‧‧第二外圍擋片

12E‧‧‧第三外圍擋片

由以下詳細說明與附隨圖式得以最佳了解本申請案揭示內容之各方面。注意，根據產業之標準實施方式，各種特徵並非依比例繪示。實際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特徵的尺寸。

第1圖至第4圖例示本揭露之一實施例之晶種的鋪設方法。

第4A圖例示本揭露之一實施例之單晶塊的主要晶向與次要晶向的示意圖。

第4B圖例示本揭露之一實施例之單晶擋片的主要晶向與次要晶向的示意圖。

第5圖至第8圖例示本揭露之一實施例之類單晶晶錠之製作方法。

第9圖例示本揭露之一變化實施例之晶種的鋪設方法。

第10圖至第13圖例示本揭露之另一實施例之類單晶晶錠之製作方法。

第14圖例示本揭露之一變化實施例之晶種的鋪設方法。

第15圖例示本揭露之又一實施例之晶種的鋪設方法。

第16圖為本揭露之實施例與對照例分別製作出之類單晶矽晶錠之缺陷面積比與晶錠高度之關係圖。

本案之一些實施例揭露一種晶種的鋪設方法，包括鋪設由單晶塊與單晶擋片所組合成的拼接晶種層於長晶容器的底部，其中單晶塊經配置而位於長晶容器之底部且彼此不接觸，且單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，而單晶擋片係配置於相鄰之單晶塊之間的間隙並與相鄰之單晶塊接觸，且單晶擋片之寬度小於單晶塊之寬度。單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同但單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向具有一不為0度的夾角。

本案之另一些實施例揭露一種類單晶晶錠的製作方法，其利用前述拼接的單晶晶種層以鑄錠方式製作出類單晶(monocrystalline-like，或稱為近單晶、準單晶)晶錠。進一步說明，本案的方法是利用拼接單晶矽作為晶種，並使用類似多晶矽晶錠的鑄錠技術例如定向凝固法的製作方法，以製作出類單晶晶錠，因此其製作成本與多晶晶錠的製作成本接近，且製作出的類單晶晶錠具有與單晶晶錠類似的品質與特性。在本案之類單晶晶錠的製作方法中，拼接晶種層的單晶塊具有相同的晶向(例如{100}晶 向)且朝向同一方向，因此由單晶塊所成長出的晶錠也會是單晶且其晶向會朝向相同的方向。另一方面，單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同，因此由單晶擋片所成長出的晶錠與單晶塊所成長出的晶錠會具有相同的成長速度，但由於兩者的次要晶向係朝向不同的方向，因此單晶擋片具有抑制晶界與位錯產生的作用，可以減少長晶過程中缺陷的數量，因此可以提升晶錠的光電轉換效率。簡而言之，本案之方法所備製出的類單晶晶錠，兼顧單晶晶錠的低缺陷、可利用鹼性溶液進行溼蝕刻以形成粗糙化表面與可利用鑽石切割線(diamond wire)進行切割等優點以及多晶晶錠的低成本優勢，因此可加速太陽能電池的發展進程。

請參考第1圖至第4圖。第1圖至第4圖例示本揭露之一實施例之晶種的鋪設方法，其中第1圖與第3圖係以上視圖型式繪示，而第2圖係沿第1圖之剖面線1-1繪示的剖面示意圖，第4圖係沿第3圖之剖線2-2繪示的剖面示意圖。如第1圖與第2圖所示，首先提供一長晶容器10。長晶容器10可以是坩堝或其它耐熱材質例如石英、石墨、氮化矽或碳化矽構成的模具。長晶容器10的尺寸(包括底部面積及高度)及形狀可視欲製作的晶錠的尺寸與形狀加以調整。在本實施例中，長晶容器10為一方形槽體，可用以製作具有長方柱狀體的晶錠。在其它實施例中，長晶容器10也可具有其它形狀，例如圓柱槽體或其它幾何形狀的槽體。

如第3圖與第4圖所示，接著鋪設一拼接晶種層12於長晶容器10之底部，其中拼接晶種層12包括複數個單晶塊12A以及 複數個單晶擋片12B。單晶塊12A經配置而位於長晶容器10之底部，其中單晶塊12A的數目、長度、寬度、厚度與形狀等可以視長晶容器10的底部面積、單晶塊12A的備製方式或其它因素考量而加以調整。本實施例係以四塊具有相同面積的正方形單晶塊拼接成2*2矩陣圖案為範例說明，但不以此為限。在其它實施例中，可利用其它數目或形狀的單晶塊拼接成任意的圖案，例如5*5矩陣圖案、6*6矩陣圖案、圓形圖案或其它圖案。在一些實施例中，單晶塊12A可由拉晶法或浮動區域法所製作出的單晶柱體所切割而獲致，但不以此為限。本實施例之單晶塊12A具有相同的晶向(例如{100}晶向)，但不以此為限，且單晶塊12A在鋪設在長晶容器10之底部時係經配置而使得所有的單晶塊12A的晶向朝向同一方向。此外，單晶塊12A彼此不接觸，也就是說，任兩相鄰的單晶塊12A的相對側壁之間存在間隙12G。舉例而言，本實施例之四塊單晶塊12A係鋪設於長晶容器10之底部的四個角落，藉此單晶塊12A之間會存在十字形的間隙12G。

另一方面，將單晶擋片12B鋪設於長晶容器10之底部並使得單晶擋片12B分別夾設於相鄰之單晶塊12A之間的間隙12G並分別與相鄰之單晶塊12A接觸，其中單晶擋片12B的數目、長度、寬度、厚度與形狀等可以視長晶容器10的底部面積、單晶擋片12B的製備方式、單晶塊12A的形狀與尺寸或其它因素考量而加以調整。對應單晶塊12A的配置，本實施例係以四條長方形的單晶擋片12B分別夾設於兩相鄰的單晶塊12A之間的間隙12G內，但不以此 為限。在一些實施例中，單晶擋片12B可由拉晶法或浮動區域法所製作出的單晶柱體所切割而獲致，藉此單晶擋片12B與單晶塊12A會具有相同的主要晶向，且沿不同方向切割單晶柱體的作法可以使得單晶擋片12B與單晶塊12A具有不同的次要晶向。請參閱第4A圖與第4B圖。第4A圖例示本揭露之一實施例之單晶塊的主要晶向與次要晶向的示意圖，且第4B圖例示本揭露之一實施例之單晶擋片的主要晶向與次要晶向的示意圖。如第4A圖與第4B圖所示，單晶塊12A與單晶擋片12B可由同一單晶柱體切割所獲致，因此單晶塊12A與單晶擋片12B會具有相同的主要晶向A，且沿不同方向切割單晶柱體的作法可以使得單晶塊12A具有次要晶向B1及使單晶擋片12B具有次要晶向B2。在一些實施例中，單晶擋片12B係利用鑽石線切割所獲致，其中線切割的切片角度較佳係介於1度至40度，且更較佳係介於10度至30度，例如10度、20度或30度，但不以此為限。因此，單晶檔片12B之次要晶向B2和單晶塊12A之次要晶向B1的夾角較佳介於1度至40度之間，且更較佳介於10度至30度，但不以此為限。在本發明的方法中，只要使單晶檔片12B之次要晶向B2和單晶塊12A之次要晶向B1的夾角不為0度，即可以具有抑制相鄰的單晶塊12A所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯的作用。另外值得說明的是，單晶檔片12B之次要晶向B2和單晶塊12A之次要晶向B1的夾角為0度或90度實質上是一樣的角度，也就是說，單晶檔片12B之次要晶向B2和單晶塊12A之次要晶向B1的夾角係介於0度至45度實質上即等於單晶檔片12B之次要晶向B2和單晶 塊12A之次要晶向B1的夾角係介於45度至90度。在一些實施例中，面積較大的單晶塊12A可先鋪設於長晶容器10的底部，再將面積較小的單晶擋片12B填入單晶塊12A之間的間隙12G內，但不以此為限。在其它實施例中，亦可先將單晶擋片12B鋪設於長晶容器10的底部，再將單晶塊12A鋪設於長晶容器10的底部；或者，可先將單晶塊12A與單晶擋片12B組合成拼接晶種層12再同時鋪設於長晶容器10的底部。

在一些實施例中，不同的單晶擋片12B的次要晶向可朝向不同的方向鋪設，也就是說，不同的單晶擋片12B與單晶塊12A的次要晶向可具有不同的夾角，且相接觸的單晶擋片12B的次要晶向也會朝向不同的方向，藉此相鄰的單晶擋片12B對應的位置所成長出的晶錠也會因為晶向的方向不同而使得晶界與位錯受到抑制，進而減少長晶過程中缺陷的數量。

在一些實施例中，單晶塊12A與單晶擋片12B的材料為矽，但不以此為限。

請接續第1圖至第4圖參閱第5圖至第8圖。第5圖至第8圖例示本揭露之一實施例之類單晶(monocrystalline-like)晶錠之製作方法，其中第5圖與第7圖係以上視圖型式繪示，而第6圖係沿第5圖之剖面線3-3繪示的剖面示意圖，第8圖係沿第7圖之剖面線4-4繪示的剖面示意圖。如第5圖與第6圖所示，鋪設拼接晶種層12於長晶容器10之底部之後，接著形成一熔湯14於拼接晶種層12上。本實施例係以類單晶矽之製作方法為例，因此拼接晶種層12 的材料係選用矽，且熔湯14的材料亦為矽。在本實施例中，熔湯14可利用下列方式形成。將矽原料放入長晶容器10內並堆放於拼接晶種層12的表面。之後，將裝有矽原料的長晶容器10放入定向凝固系統長晶爐或其它長晶設備內並將矽原料加熱以熔化成熔湯14。在其它實施例中，可先將矽原料熔化成熔湯14再將熔湯14倒入長晶容器10內。

如第7圖與第8圖所示，接著進行方向性凝固製程冷卻熔湯14，以使晶粒逐漸沿一長晶方向V成長而形成類單晶晶錠16。在本實施例中，藉由拼接晶種層12的鋪設，由於單晶擋片12B與單晶塊12A具有相同的晶向，因此由單晶擋片12B沿長晶方向V所成長出的晶錠與單晶塊12A沿長晶方向V所成長出的晶錠會具有近似的成長速度，且由於單晶擋片12B與單晶塊12A兩者的次要晶向係朝向不同的方向，因此由單晶擋片12B所成長出的晶錠可以抑制由位於其兩側之單晶塊12A所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯，進而減少長晶過程中缺陷的數量。

此外，由於單晶擋片12B所成長出的晶錠的次要晶向與單晶塊12A所成長出的晶錠的次要晶向係朝向不同方向，故在晶錠外觀上仍會造成不一致的視覺效果。因此在設計拼接晶種層12的圖案時，單晶擋片12B之寬度係小於單晶塊12A之寬度，藉此單晶擋片12B可提供抑制晶界與位錯的效果，但又不致對於類單晶晶錠16的外觀產生明顯的影響。舉例而言，單晶擋片12B之寬度約介於0.5mm與4mm之間，而單晶塊12A之寬度約介於142mm與 155.5mm之間，但不以此為限。在一些實施例中，單晶擋片12B之寬度與單晶塊12A之寬度的比值實質上係介於0.32%與2.82%之間，且較佳介於0.65%與2.46%之間，藉此可兼顧減少缺陷產生的功能與外觀一致性。在一些實施例中，單晶擋片12B的面積約佔長晶容器10之底部面積的2%至20%，且較佳介於2.3%至15.02%之間，但不以此為限。

本實施例之類單晶晶錠16可進一步切割成類單晶晶棒(crystal brick)與類單晶晶片，進而作為太陽能電池或其它光電元件的基材。本實施例之方法製作出的類單晶晶錠16具有類似單晶晶錠的低缺陷優勢，因此所製作出的太陽能電池可具有較高的光電轉換效率。此外，本實施例之類單晶晶錠16係利用類似於多晶矽晶錠的鑄錠方式形成，具有低製作成本與可利用鑽石切割線(diamond wire)進行切割的優點。另外，為了增加光利用率，可對太陽能電池的表面進行粗糙化，相較於必須使用乾蝕刻方式形成粗糙化表面的以多晶晶錠，本實施例之類單晶晶錠16所切割出的類單晶晶片可利用鹼性溶液進行溼蝕刻以形成粗糙化表面，更可進一步降低成本。

在一些實施例中，單晶擋片12B的設置除了抑制所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯的作用之外，更可具有增加美觀與顯示資訊之用。進一步說明，由於單晶擋片12B次要晶向與單晶塊12A次要晶向係朝向不同方向而使得兩者在晶錠外觀上有所差異，因此若透過單晶塊12A與單晶擋片12B的圖案搭配設計，可使 得製作出的類單晶晶錠16的晶粒具有預定的排列規則，藉此所製作出的晶片在經過鹼性溶液蝕刻後可顯示出預定的花紋或文字，而可增加太陽能電池的應用範圍。

下文將針對本案之不同實施例進行說明，且為簡化說明，以下說明主要針對各實施例不同之處進行詳述，而不再對相同之處作重覆贅述。此外，本案之各實施例中相同之元件係以相同之標號進行標示，以利於各實施例間互相對照。

請參考第9圖。第9圖例示本揭露之一變化實施例之晶種的鋪設方法。如第9圖所示，不同於前述實施例，在本實施例之拼接晶種層12中，兩相鄰之單晶塊12A之間的間隙12G內鋪設有兩個或以上的單晶擋片12B1、12B2，其中單晶擋片12B1、12B2可彼此相鄰並接觸，且可具有相同或不同的次要晶向。

請參考第10圖至第13圖。第10圖至第13圖例示本揭露之另一實施例之類單晶晶錠之製作方法，其中第10圖與第12圖係以上視圖型式繪示，而第11圖係沿第10圖之剖面線5-5繪示的剖面示意圖，第13圖係沿第12圖之剖面線6-6繪示的剖面示意圖。如第10圖與第11圖所示，不同於前述實施例，本實施例之拼接晶種層12除了單晶塊12A與單晶擋片12B之外，更進一步包括第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D。第一外圍擋片12C鋪設於長晶容器10之底部且位於長晶容器10之內壁與單晶塊12A之間，而第二外圍擋片12D鋪設於長晶容器10之底部且位於長晶容器10之內壁與第一外圍擋片12C之間。

第一外圍擋片12C可以是一環狀擋片(例如中空矩形環)環繞單晶塊12A與單晶擋片12B，或是由複數個直條狀擋片組成並環繞單晶塊12A與單晶擋片12B。在一些實施例中，第一外圍擋片12C為單晶結構，例如單晶矽，且第一外圍擋片12C的主要晶向與單晶塊12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此為限。此外，第一外圍擋片12C的次要晶向與單晶塊12A的次要晶向係朝向不同方向，亦即第一外圍擋片12C的次要晶向與單晶塊12A的次要晶向具有一第二夾角，其中第二夾角較佳可介於1度至40度之間，例如第二夾角為20度，但不以此為限。

第二外圍擋片12D可以是一環狀擋片(例如中空矩形環)環繞第一外圍擋片12C，或是由複數個直條狀擋片組成並環繞第一外圍擋片12C。在一些實施例中，第二外圍擋片12D為單晶結構，例如單晶矽，其主要晶向與單晶塊12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此為限。此外，第二外圍擋片12D的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向係朝向不同方向，亦即第二外圍擋片12D的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向具有一第三夾角，且第三夾角係為例如36.8度，但不以此為限。

如第12圖與第13圖所示，接著形成熔湯於拼接晶種層12上並利用定向凝固系統長晶爐進行方向性凝固製程冷卻熔湯，以使晶粒逐漸沿長晶方向V成長而形成類單晶晶錠16。

在本實施例中，拼接晶種層12係由單晶塊12A與單晶擋片12B、第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D所拼接而成，其 中單晶塊12A與單晶擋片12B的配置及其在長晶過程中提供的功效與前述實施例相同，在此不再贅述。在本實施例中，第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D經配置用以抑制在長晶過程中由長晶容器10之內壁所導致的缺陷。進一步說明，第二外圍擋片12D係位於長晶容器10之內壁與第一外圍擋片12C之間，因此於長晶過程中由第二外圍擋片12D沿長晶方向V所成長出的晶錠會具有較多的缺陷。設置於第二外圍擋片12D與單晶塊12A之間的第一外圍擋片12C可以避免第二外圍擋片12D沿長晶方向V所成長出的晶錠內的缺陷向內側成長而影響單晶塊12A沿長晶方向V所成長出的晶錠，確保單晶塊12A沿長晶方向V所成長出的晶錠的品質。為了達到上述阻擋缺陷的作用，本實施例的第二外圍擋片12D的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向具有第三夾角，其中第三夾角可以根據第二外圍擋片12D的晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向加以調整。舉例而言，當第二外圍擋片12D的主要晶向與第一外圍擋片12C的主要晶向為{100}晶向時，則第三夾角可選用36.8度，但不以此為限。

本實施例之拼接晶種層12包括單晶塊12A與單晶擋片12B、第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D，其中單晶擋片12B係用以抑制相鄰的單晶塊12A所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯而可減少長晶過程中缺陷的數量，而第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D則係用以阻擋在長晶過程中由長晶容器10之內壁所導致的缺陷向內延伸至單晶塊12A，藉此本實施例之方法可以製作出 具有品質良好的類單晶晶錠。

請參考第14圖。第14圖例示本揭露之一變化實施例之晶種的鋪設方法。如第14圖所示，不同於第10圖至第13圖之實施例，本實施例之拼接晶種層12除了單晶塊12A與單晶擋片12B、第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D之外，更進一步包括一第三外圍擋片12E，鋪設於第一外圍擋片12C與第二外圍擋片12D之間。第三外圍擋片12E可以是一環狀擋片(例如中空矩形環)，或是由複數個直條狀擋片組成。在一些實施例中，第三外圍擋片12E為單晶結構，例如單晶矽，其主要晶向與單晶塊12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此為限。此外，第三外圍擋片12E的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向係朝向不同方向，亦即第三外圍擋片12E的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向具有一第四夾角，且第四夾角係為例如36.8度，但不以此為限。

請參考第15圖。第15圖例示本揭露之又一實施例之晶種的鋪設方法。如第15圖所示，不同於前述實施例，本實施例長晶容器10為一圓柱槽體，且拼接晶種層12係為一圓形圖案。拼接晶種層12包括四塊扇形的單晶塊12A鋪設於圓形的長晶容器10之底部、四條長方形的單晶擋片12B分別夾設於兩相鄰的單晶塊12A之間、一圓環形的第一外圍擋片12C位於長晶容器10之內壁與單晶塊12A之間，以及一第二外圍擋片12D位於長晶容器10之內壁與第一外圍擋片12C之間。

單晶擋片12B的主要晶向與單晶塊12A的主要晶向 相同，例如單晶擋片12B與單晶塊12A兩者的主要晶向均為{100}晶向，且各單晶擋片12B的次要晶向與單晶塊12A的次要晶向分別具有一不為0度的夾角。在一些實施例中，各單晶擋片12B與單晶塊12A的次要晶向的夾角係介於1度至40度之間，且較佳介於10度至30度之間，但不以此為限。第一外圍擋片12C的主要晶向與單晶塊12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此為限。此外，外圍擋片12C的次要晶向與單晶塊12A的次要晶向係朝向不同方向，亦即第一外圍擋片12C的次要晶向與單晶塊12A的次要晶向具有一第二夾角，且第二夾角係介於1度至40度之間，例如第二夾角為20度，但不以此為限。在一些實施例中，第二外圍擋片12D為單晶結構，例如單晶矽，其主要晶向與單晶塊12A的主要晶向相同(例如{100}晶向)，但不以此為限。此外，第二外圍擋片12D的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向係朝向不同方向，亦即第二外圍擋片12D的次要晶向與第一外圍擋片12C的次要晶向具有一第三夾角，且第三夾角係為例如36.8度，但不以此為限。本實施例之拼接晶種層12可利用前述鑄錠方式製作出類單晶晶錠，其詳述製程如前述實施例所揭露，在此不再贅述。

請參閱第16圖。第16圖為本揭露之實施例與對照例分別製作出之類單晶矽晶錠之缺陷面積比與晶錠高度之關係圖，其中樣本2、3為本揭露之實施例製作出之類單晶矽晶錠，其係使用包含單晶塊與單晶擋片作為拼接晶種層；樣本1為對照例製作出之類單晶矽晶錠，其未使用包含單晶塊與單晶擋片作為拼接晶種 層。請一併參考表1、表2與表3。表1列示了一對照例(樣本1)之方法製作出之類單晶矽晶錠之缺陷面積分布的量測結果，而表2及表3列示了本揭露之兩實施例(樣本2及樣本3)之方法製作出之類單晶矽晶錠之缺陷面積分布的量測結果。

如表1所示，對照例(樣本1)之類單晶矽晶錠在高度為38mm、84.9mm、125.6mm與250mm的位置的缺陷面積比分別為0.567%、2.40%、7.98%與24.6%，也就是說，以高度為38mm的位置為基準，在高度為84.9mm時，類單晶矽晶錠的缺陷面積比成長了4.23倍，在高度為125.6mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比成長了14.07倍，在高度為250mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比成長了43.39倍。因此，對照例之方法製作出之類單晶矽晶錠在長晶方向上的缺陷面積比明顯地以倍數成長。

表3

如表2所示，本實施例之樣本2的類單晶矽晶錠在高度為38mm、84.9mm與125.6mm的位置的缺陷面積比分別為0.141%、0.409%與1.206%，也就是說，以高度為38mm的位置為基準，在高度為84.9mm時，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了2.90倍，而在高度為125.6mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了8.55倍。如表3所示，本實施例之樣本3的類單晶矽晶錠在高度為50.4mm、87.9mm、125.4mm、162.9mm、200.4mm與240.5mm的位置的缺陷面積比分別為0.149%、0.398%、0.241%、0.324%、0.455%與1.385%，也就是說，以高度為50.4mm的位置為基準，在高度為87.9mm時，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了2.67倍，在高度為125.4mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了1.61倍，在高度為162.9mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了2.17倍，在高度為200.4mm的位置，類單晶矽晶錠的缺陷面積比僅成長了3.05倍，在高度為240.5mm的位置，類單晶矽晶錠的 缺陷面積比成長了9.29倍。因此，相較於對照例(樣本1)，本實施例(樣本2及樣本3)之方法製作出之類單晶矽晶錠在長晶方向上的缺陷面積成長明顯較慢，顯示了單晶塊、單晶擋片與外圍擋片確實可有效抑制缺陷面積的成長。

本揭露之方法利用拼接晶種層製作類單晶晶錠，其中拼接晶種層包括單晶塊與單晶擋片，且單晶擋片的主要晶向與單晶塊的主要晶向相同但各單晶擋片的次要晶向與單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角，藉此可抑制相鄰的單晶塊所成長出的晶錠之間產生晶界與位錯，進而大幅減少缺陷面積比。另外，拼接晶種層可進一步包括外圍擋片，用以阻擋在長晶過程中由長晶容器之內壁所導致的缺陷向內延伸。

綜上所述，本實施例之方法製作出的類單晶晶錠同時具有單晶晶錠的低缺陷優勢以及多晶晶錠的低製作成本優勢。此外，相較於多晶晶錠，本實施例之方法製作出的類單晶晶錠可利用鑽石切割線進行切割以及可利用鹼性溶液進行溼蝕刻以形成粗糙化表面的特點，更可進一步降低成本。再者，本實施例之方法製作出的類單晶晶錠的晶粒具有預定的排列規則，藉此所製作出的類單晶晶片在經過鹼性溶液蝕刻後可顯示出預定的花紋或文字，而可增加太陽能電池的應用範圍。

10‧‧‧長晶容器

12‧‧‧拼接晶種層

12A‧‧‧單晶塊

12B‧‧‧單晶擋片

12C‧‧‧第一外圍擋片

12D‧‧‧第二外圍擋片

Claims (24)

1. 一種晶種的鋪設方法，包括：鋪設一拼接晶種層於一長晶容器之底部，其中該拼接晶種層包括複數個單晶塊以及複數個單晶擋片，該等單晶塊經配置而位於該長晶容器之底部且彼此不接觸，該等單晶擋片係分別夾設於相鄰之該等單晶塊之間的間隙並分別與相鄰之至少一該等單晶塊接觸，該單晶擋片之寬度小於該單晶塊之寬度，該等單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，該等單晶擋片的主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，且各該單晶擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中各該單晶擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向的夾角係介於1度至40度之間。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該等單晶塊與該等單晶擋片的主要晶向為{100}。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該等單晶塊與該等單晶擋片的材料包括矽。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該單晶擋片之寬度與該單晶塊之寬度的比值係介於0.32%與2.82%之間。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該單晶擋片之寬度係介於0.5mm與4mm之間。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該單晶擋片之 面積與該長晶容器之底部面積的比值係介於2%與20%之間。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中兩相鄰之該等單晶塊之間的間隙內鋪設有兩個或以上的該等單晶擋片。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之鋪設方法，其中該拼接晶種層另包括：一第一外圍擋片鋪設於該長晶容器之底部且位於該長晶容器之內壁與該等單晶塊之間；以及一第二外圍擋片鋪設於該長晶容器之底部且位於該長晶容器之內壁與該第一外圍擋片之間。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之鋪設方法，其中該第一外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第一外圍擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向具有一第二夾角，且該第二夾角係介於1度至40度之間。
11. 根據申請專利範圍第9項所述之鋪設方法，其中該第二外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第二外圍擋片的次要晶向與該第一外圍擋片的次要晶向具有一第三夾角，且該第三夾角係為36.8度。
12. 根據申請專利範圍第9項所述之鋪設方法，其中該拼接晶種層另包括一第三外圍擋片，設置於該第一外圍擋片與該第二外圍擋片之間，該第三外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第三外圍擋片的次要晶向與該第一外圍擋片的次要晶向具有一第四夾角，且該第四夾角係為36.8度。
13. 一種類單晶(monocrystalline-like)晶錠之製作方法，包括：鋪設一拼接晶種層於一長晶容器之底部，其中該拼接晶種層包括複數個單晶塊以及複數個單晶擋片，該等單晶塊經配置而位於該長晶容器之底部且彼此不接觸，該等單晶擋片係分別夾設於相鄰之該等單晶塊之間的間隙並分別與相鄰之該等單晶塊接觸，該單晶擋片之寬度小於該單晶塊之寬度，該等單晶塊的晶向相同且朝向同一方向，該等單晶擋片的主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，且各該單晶擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向分別具有一不為0度的夾角；形成一熔湯於該拼接晶種層上；以及冷卻該熔湯以使晶粒由該拼接晶種層上成長以形成一類單晶晶錠。
14. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中各該單晶擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向的夾角係介於1度至40度之間。
15. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該等單晶塊與該等單晶擋片的主要晶向為{100}。
16. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該等單晶塊與該等單晶擋片的材料包括矽。
17. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該單晶擋片之寬度與該單晶塊之寬度的比值係介於0.32%與2.82%之間。
18. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該單晶擋片之寬度係介於0.5mm與4mm之間。
19. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該單晶擋片之面積與該長晶容器之底部面積的比值係介於2%與20%之間。
20. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中兩相鄰之該等單晶塊之間的間隙內鋪設有兩個或以上的該等單晶擋片。
21. 根據申請專利範圍第13項所述之製作方法，其中該拼接晶種層另包括：一第一外圍擋片鋪設於該長晶容器之底部且位於該長晶容器之內壁與該等單晶塊之間；以及一第二外圍擋片鋪設於該長晶容器之底部且位於該長晶容器之內壁與該第一外圍擋片之間。
22. 根據申請專利範圍第21項所述之製作方法，其中該第一外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第一外圍擋片的次要晶向與該等單晶塊的次要晶向具有一第二夾角，且該第二夾角係介於1度至40度之間。
23. 根據申請專利範圍第21項所述之製作方法，其中該第二外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第二外圍擋片的次要晶向與該第一外圍擋片的次要晶向具有一第三夾角，且該第三夾角係為36.8度。
24. 根據申請專利範圍第21項所述之製作方法，其中該拼接晶種層另包括一第三外圍擋片，設置於該第一外圍擋片與該第二外圍擋片之間，該第三外圍擋片為單晶結構，其主要晶向與該等單晶塊的主要晶向相同，該第三外圍擋片的次要晶向與 該第一外圍擋片的次要晶向具有一第四夾角，且該第四夾角係為36.8度。