TWI548784B - 坩堝組合及利用該坩堝組合製造矽晶鑄錠之方法 - Google Patents

Description

坩堝組合及利用該坩堝組合製造矽晶鑄錠之方法

本發明係關於一種坩堝組合以及利用該坩堝組合製造矽晶鑄錠之方法，並且特別地，關於可以利用來製造出減少雜質、降低氧含量、減少紅區之矽晶鑄錠的坩堝組合。並且，利用本發明之坩鍋所製造的矽晶鑄錠其後續製成的太陽能電池的光電轉換效率明顯提升。

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，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。

以矽材為主的太陽能電池有單晶矽、多晶矽以及非晶矽三大類。以多晶矽做為太陽能電池的原材，主要是基於成本的考量，因為其價格相較於以傳統的拉晶法(Czochralski method,CZ method)以及浮動區域法(floating zone method,FZ method)所製造的單晶矽，價格相對地便宜許多。

使用在製造太陽能電池上的多晶矽，傳統上是利用一般鑄造製程來生產。利用鑄造製程來製備多晶矽，進而應用在太陽能電池上是本技術領域的現有的技術。簡言之，將高純度的矽熔融在石英坩堝內，在控制凝固下被冷卻以形 成多晶矽鑄錠。接著，多晶矽鑄錠被切割成接近太陽能電池尺寸大小的晶圓，進而應用在製造太陽能電池上。以這種方法製造的多晶矽鑄錠為矽結晶晶粒的聚集體，其中在由其製成的晶圓中，晶粒相互之間的晶向實際上是隨機的。

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(texturing process)。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，在現有的多晶矽晶粒之間的晶界中形成的"扭/差排/缺陷"，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。這會導致電池的效率降低。由這類多晶矽製成的光伏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，因為製造現有的多晶矽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。

現有技術已揭露在坩堝的底部鋪設單晶粒晶種層並基於方向性凝固製成矽晶鑄錠。以這種方法，能夠鑄造具有高性能的單晶矽及/或雙晶(bi-crystal)或類單晶(mono-like crystal)矽塊狀體的鑄錠，後續製成晶圓的少數載子之壽命能被最大化，晶圓用於製造高效太陽能電池。在此，術語"單晶矽"是指單晶矽的主體，其在整個範圍內具有一個一致的晶體晶向。術語"雙晶矽"是指如下的矽的主體，其在大於或等於該主體體積50%的範圍內具有一個一致的晶體晶向，且在主體的剩餘體積內具有另一個一致的晶體晶向。例如，這種雙晶矽可以包含具有一個晶體晶向的單晶矽主體，其緊鄰構成結晶矽剩餘體積的另一種具有不同晶體晶向的單晶矽主體。術語"類單晶矽"是指如下的結晶矽的主體，其在超過主 體體積的75%的範圍內具有一個一致的晶體晶向。此外，現有的多晶矽是指具有厘米規模的細微性分佈的結晶矽，且在矽的主體內具有多種隨機晶向的晶體。

現有技術也有在坩堝的底部鋪設多晶矽或單晶矽碎料(granulars)構成的成核促進層協助矽晶粒成核並基於方向性凝固，最終成長成底部為小尺寸矽晶粒、整體缺陷密度低之矽晶鑄錠。藉由小晶粒作為成核促進層，能夠藉由晶粒細化抑制差排生成，進而減少其生長之機會。此種矽晶鑄錠後續製成的太陽能電池之光電轉換效率也相當高。

一般利用坩堝製造矽晶鑄錠，製成的矽晶鑄錠內不符合標準的區域(即製成太陽能電池的少數載子壽命較低者)以紅區表示之。形成紅區的原因可以區分為下列幾類：a.自坩堝固態擴散進入的雜質區、b.靠近坩堝區域之晶體結構不良區、c.硼-氧富集區以及d.自矽湯內含金屬液態擴散進去晶種、籽晶、成核層內。當中以自坩堝固態擴散進入的雜質區為造成紅區的主要原因，尤其是金屬雜質擴散區域。紅區會造成其製成的太陽能電池之光電轉換效率嚴重衰退及下降。

現有技術在坩堝底部鋪設單晶粒晶種層或多晶粒或單晶粒碎料構成的成核促進層製成矽晶鑄錠的紅區的範圍遠比坩堝未鋪設晶種層或成核促進層製成矽晶鑄錠的大，甚至為兩倍。究其成因，是在矽晶鑄錠製造過程中，坩堝內的雜質，以金屬(例如，鐵、鋁，等雜質為主)溶入矽熔湯，擴散進入單晶粒晶種、多晶粒或單晶粒碎料，隨著矽熔湯在單晶粒晶種、多晶粒或單晶粒碎料成核、長晶，單晶粒晶種、多晶粒或單晶粒碎料內的雜質會回擴入固化的矽晶體內。

江西賽維LDK太陽能高科技有限公司(以下簡稱江西賽維)曾提出一種製造矽晶鑄錠的方法(揭示於CN102776554A)，其先在坩堝的內壁塗上一層氮化矽層，該氮 化矽層的另一作用是作為脫膜劑使用，用以避免坩堝與矽晶鑄錠在冷卻的過程中發生黏堝，導致脫模失敗。其並在坩堝的底部鋪墊一層多孔材料，然後在多孔材料上填裝矽原料。江西賽維接著將矽原料熔化成矽熔湯，再基於方向性凝固，最終成長成多晶矽晶鑄錠。該先前技術在坩堝的內壁上塗佈的氮化矽層在矽晶鑄錠製造過程中，可以有效防止坩堝本身的雜質進入矽熔湯及後續完成矽晶鑄錠，進而提升該矽晶鑄錠的品質。該先前技術揭示多孔材料層是利用氮化矽、碳化矽或石英燒結成板狀的多孔材料層，且具有模造的(非本質的)、有序排列的孔洞。這些孔洞在矽晶鑄錠製造過程中，可以協助矽晶粒成核。在CN102776554A一案公開說明書中，宣稱此種製造方法能夠使多晶矽晶鑄錠會獲得良好的初始成核，有效控制了枝狀晶的成長，降低多晶矽晶鑄錠生長過程中的差排繁殖，得到了高品質的多晶矽晶鑄錠。

然而，CN102776554A一案揭示的多孔材料層為剛性材料層。矽晶鑄錠在成核、成長後處於高溫下(約高於800℃)具有高塑性，壓在上方的矽熔湯壓造成高塑性的矽晶體具有一定的應力。剛性的材料層無法舒緩高塑性的矽晶體的應力。所以，其抑制差排等缺陷增加的程度仍有改善的空間。

此外，CN102776554A一案揭示的多孔材料層提供有序排列的孔洞，其所成核的矽晶，不若散亂排列的孔洞所成核的矽晶更能分佈密佈高的晶界在長晶過程中，能以應力場吸引缺陷集中或於晶界上滑移釋放熱應力，抑制差排等缺陷快速增加。此外，CN102776554A一案揭示的在坩堝的內壁上塗佈的氮化矽層其防止坩堝本身的雜質進入矽熔湯及後續完成矽晶鑄錠的程度也有改善的空間，其也未能有效地協助降低矽晶鑄錠的氧含量。

綜觀現有技術所採用的坩堝，尚未見到坩堝能有效、低成本地協助製造減少雜質、降低差排等缺陷、降低氧 含量、減少紅區之矽晶鑄錠，並可協助脫模。進而讓矽晶鑄錠其後續製成的太陽能電池之光電轉換效率明顯提升。

因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種坩堝組合以及利用該坩堝組合製造矽晶鑄錠之方法。特別地，本發明之坩堝組合可以利用來製造出減少雜質、降低差排等缺陷、降低氧含量、減少紅區之矽晶鑄錠，並可協助脫模。讓根據本發明之方法所製造之矽晶鑄錠其後續製成的太陽能電池之光電轉換效率明顯提升。

本發明之一較佳具體實施例之坩堝組合包含坩堝主體以及第一纖維編織體。坩堝主體具有底部。第一纖維編織體係由多根第一碳纖维所構成，並且係安置於坩堝主體的底部上。第一纖維編織體具有多個本質的第一孔洞，且成無序排列。

進一步，本發明之坩堝主體還具有內側壁。坩堝組合進一步包含第二纖維編織體。第二纖維編織體係由多根第二碳纖維所構成，並且係安置於坩堝主體的內側壁上。第二纖維編織體也具有多個本質的第二孔洞，且成無序排列。

本發明之第一較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方法，首先係製備本發明之坩堝組合。接著，本發明之方法係裝矽原料至坩堝組合內，並且放置在第一纖維編織體上。接著，本發明之方法係加熱坩堝組合，直至矽原料全部熔化成矽熔湯。接著，本發明之方法係基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合，致使矽熔湯在第一纖維編織體之多個第一孔洞處成核多個矽晶粒且沿坩堝組合之垂直方向成長。最後，本發明之方法係繼續基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合，直至矽熔湯完全凝固成矽晶鑄錠。

本發明之第二較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠 的方法，首先係製備本發明之坩堝組合。接著，本發明之方法係鋪設多個具不規則形狀的結晶顆粒在第一纖維編織體上。接著，本發明之方法係裝矽原料至坩堝組合內，並且放置在多個結晶顆粒上。接著，本發明之方法係加熱坩堝組合，直至矽原料全部熔化成矽熔湯，其中多個結晶顆粒之一部分熔化，其餘部分未熔化。接著，本發明之方法係基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合，致使矽熔湯在多個結晶顆粒上成核多個矽晶粒且沿坩堝組合之垂直方向成長。最後，本發明之方法係繼續基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合，直至矽熔湯完全凝固成矽晶鑄錠。

與先前技術不同，利用本發明之坩堝組合可以有效、低成本地製造出其底部為小尺寸矽晶粒、整體缺陷密度低且減少雜質汙染區域之矽晶鑄錠，並可以協助脫模。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧坩堝組合

10‧‧‧坩堝主體

102‧‧‧底部

104‧‧‧內側壁

12‧‧‧第一纖維編織體

120‧‧‧上表面

122‧‧‧非本質的孔洞

14‧‧‧第二纖維編織體

16‧‧‧結晶顆粒

2‧‧‧加熱器

3‧‧‧矽晶鑄錠

30‧‧‧矽原料

32‧‧‧矽熔湯

34‧‧‧矽晶粒

35‧‧‧固/液相介面

V‧‧‧垂直方向

圖1係本發明之一較佳具體實施例之坩堝組合的剖面視圖。

圖2係本發明所採用之第一纖維編織體之一範例的光學顯微照片。

圖3係本發明所採用之第二纖維編織體之另一範例的光學顯微照片。

圖4係本發明採用第一纖維編織體的可壓縮率量測結果圖。

圖5係本發明之第一纖維編織體之一變化的剖面視圖。

圖6係本發明之坩堝組合之一變化的剖面視圖。

圖7至圖11係本發明之第一較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方法之過程的剖面視圖。

圖12至圖15係本發明之第二較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方法之過程的剖面視圖。

圖16係根據本發明之第一較佳具體實施例之方法所製造的A鑄錠與其對照的B鑄錠之氧含量比較結果圖。

圖17係根據本發明之第一較佳具體實施例之方法所製造的A鑄錠與其對照的B鑄錠之碳含量比較結果圖。

圖18係根據本發明之第二較佳具體實施例之方法所製造的C鑄錠與其對照的D鑄錠之氧含量比較結果圖。

圖19係根據本發明之第二較佳具體實施例之方法所製造的C鑄錠與其對照的D鑄錠之碳含量比較結果圖。

請參閱圖1，圖1係以剖面視圖示意地繪示本發明之一較佳具體實施例之坩堝組合1。本發明之坩堝組合1係用於製造矽晶鑄錠。

如圖1所示，本發明之坩堝組合1包含坩堝主體10以及第一纖維編織體12。坩堝主體10具有底部102。於一具體實施例中，坩堝主體10可以由石英、氧化矽、氧化鋁或石墨所製成。

第一纖維編織體12係由多根第一碳纖维所構成，並且係安置於坩堝主體10的底部102上。第一纖維編織體12具有多個本質的第一孔洞，且成無序排列，也就是由纖維所構成結構中纖維與纖維間的孔隙。藉此，在矽晶鑄錠製 造過程中，第一纖維編織體12可以阻絕坩堝主體10的底部102內Fe、Al等雜質擴散至矽熔湯或矽晶體。第一纖維編織體12的第一孔洞還可以促進小矽晶粒從矽熔湯中成核。第一纖維編織體12並且可以協助矽晶鑄錠脫模。

圖2為本發明之第一纖維編織體12之一範例的光學顯微照片。圖3為本發明之第一纖維編織體12之另一範例的光學顯微照片。

於一具體實施例中，每一個本質的第一孔洞的孔徑的範圍為約0.05mm~2mm，其中每一根第一碳纖維之線徑的範圍為約1μm~500μm，平均線徑以10μm為宜。與表面平整的板體或燒結成具有模造的、有序排列的孔洞板狀的多孔材料層相較，本發明之第一纖維編織體12的比表面積為表面平整的板體或燒結成具有模造的、有序排列的孔洞板狀的多孔材料層之比表面積(specific surface area)的百倍以上。藉此，在矽晶鑄錠製造過程之中，本發明之第一纖維編織體12可以提供更多的成核點。

比表面積(S)一般利用氣體吸附的方式進行量測，其定義如下所示： 其中S為比表面積(m²/g)；V_m為測試樣本吸附單層氣體的體積(m³)；N為亞佛加厥常數，即1莫耳的數；a為氣體吸附的面積(m²)；及m為測試樣本的質量(g)。

與先前技術所採用剛性多孔材料層不同，本發明所採用的第一纖維編織體12為可壓縮的多孔材料層。於一案例中，本發明採用厚度各為10mm及5mm的第一纖維編織體12進行可壓縮率(deformation)的量測，所得結果請見圖4所 示。

於一具體實施例中，第一纖維編織體12的可壓縮變形量的範圍為約20%~80%，以40%~60%更佳，平均係以50%為宜。

請參閱圖5，圖5係以剖面視圖示意地繪示本發明之第一纖維編織體12的變化。如圖5所示，第一纖維編織體12還具有多個非本質的孔洞122，且成有序排列。多個非本質的孔洞122利用機械鑽孔、雷射鑽孔等加工方式係形成在第一纖維編織體12的上表面120上。每一個非本質的孔洞122的孔徑的範圍為約2mm~20mm。藉此，在矽晶鑄錠製造過程之中，本發明之第一纖維編織體12的非本質的孔洞122可以提供更多有效的成核點。

請參閱圖6，圖6係以剖面視圖示意地繪示本發明之坩堝組合1的變化。如圖6所示，本發明之坩堝主體10還具有內側壁104。本發明之坩堝組合1進一步包含第二纖維編織體14。第二纖維編織體14係由多根第二碳纖維所構成，並且係安置於坩堝主體10的內側壁104上。第二纖維編織體14也具有多個本質的孔洞，且成無序排列。一般而言，坩堝主體10具有四面內側壁104，所以，實務上採用四塊第二纖維編織體14分別安置於坩堝主體10的四面內側壁104上。與先前技術在坩堝的內壁塗佈氮化矽層相較，在矽晶鑄錠製造過程中，本發明所採用的第二纖維編織體14更能有效地阻絕坩堝主體10的內側壁104內Fe、Al等雜質擴散至矽熔湯或矽晶體。第二纖維編織體14並且可以協助矽晶鑄錠脫模。圖6具有與圖1中相同號碼標記之元件，有相同或類似的結構以及功能，在此不多做贅述。

請參閱圖7至圖11，該等圖式係以剖面視圖示意地繪示本發明之第一較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方 法。

如圖7所示，首先，本發明之方法係製備本發明之坩堝組合1，例如，如圖1、圖6所示之坩堝組合1。於圖7至圖11中，僅繪示圖1所示之坩堝組合1做為代表。本發明之坩堝組合1適合用來藉由方向性凝固製程熔化及冷卻矽原料。

同樣示於圖7，接著，本發明之方法係裝矽原料30至坩堝組合1內，並且放置在第一纖維編織體12上。

如圖8所示，接著，本發明之方法係將裝有矽原料30之坩堝組合1安置在方向性凝固長晶爐內。圖8僅繪示長晶爐中的加熱器2為代表。

接著，如圖9所示，本發明之方法係加熱坩堝組合1，直至矽原料30全部熔化成矽熔湯32。

接著，如圖10所示，接著，本發明之方法係基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合1，致使矽熔湯32在第一纖維編織體12之多個第一孔洞處成核多個矽晶粒34且沿坩堝組合1之垂直方向V成長。在矽熔湯32的凝固過程中，如圖10所示，矽熔湯32與已凝固的矽晶粒34前緣的固/液相介面35朝向沿坩堝組合1的開口方向移動。

最後，如圖11所示，本發明之方法係繼續基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合1，直至矽熔湯32完全凝固成矽晶鑄錠3。

與先前技術在坩堝的內壁塗佈氮化矽層相較，在矽晶鑄錠3的製造過程中，第一纖維編織體12以及第二纖維編織體14更能有效地阻絕坩堝主體10的底部102、內側壁104內Fe、Al等雜質擴散至矽熔湯32或已凝固的矽晶粒34，最終矽晶鑄錠3整體缺陷密度低且減少雜質汙染區域。第一 纖維編織體12並且抑制多個矽晶粒34於成長過程中缺陷密度的增加，第一纖維編織體12、第二纖維編織體14可以降低矽晶鑄錠3的氧含量。第一纖維編織體12的本質的第一孔洞與非本質孔洞122提供成核位置，製成的矽晶鑄錠3緊鄰第一纖維編織體12的矽晶粒之平均晶粒尺寸小於約10mm。第一纖維編織體12與第二纖維編織體14並且可以協助矽晶鑄錠3脫模。

請參閱圖12至圖15，該等圖式係以剖面視圖示意地繪示本發明之第二較佳具體實施例之製造矽晶鑄錠的方法。

如圖12所示，首先，本發明之方法係製備本發明之坩堝組合1，例如，如圖1、圖6所示之坩堝組合1。於圖12至圖15中，僅繪示圖1所示之坩堝組合1做為代表。接著，本發明之方法係鋪設多個具不規則形狀的結晶顆粒16在第一纖維編織體12上。於實際應用中，在第一纖維編織體12上鋪設至少兩層多個具不規則形狀的結晶顆粒16。

於一具體實施例中，每一結晶顆粒16之顆粒尺寸係小於約50mm。

於一具體實施例中，多個結晶顆粒16為多晶矽顆粒、單晶矽顆粒、單晶碳化矽顆粒或其他熔點高於約1400℃之材料形成且有助於成核的結晶顆粒。於一案例中，該多個結晶顆粒16即為商業販售的多晶矽或單晶矽碎料(chips或chunks)，其成本遠低於單晶矽晶種。

接著，同樣示於圖12，本發明之方法係裝矽原料30至坩堝組合1內，並且放置在多個結晶顆粒16上。接著，本發明之方法係將裝有矽原料30、多個結晶顆粒16之坩堝組合1安置在方向性凝固長晶爐內。圖12僅繪示長晶爐中的加熱器2為代表。

接著，如圖13所示，本發明之方法係加熱坩堝組合1，直至矽原料30全部熔化成矽熔湯32，其中多個結晶顆粒16之一部分熔化，其餘部分未熔化。

接著，如圖14所示，接著，本發明之方法係基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合1，致使從矽熔湯32在多個結晶顆粒16上成核多個矽晶粒34且沿坩堝組合1之垂直方向V成長。在矽熔湯32的凝固過程中，如圖13所示，矽熔湯32與已凝固的矽晶粒34前緣的固/液相介面35朝向沿坩堝組合1的開口方向移動。

最後，如圖15所示，本發明之方法係繼續基於方向性凝固製程冷卻坩堝組合1，直至矽熔湯32完全凝固成矽晶鑄錠3。

同樣地，根據本發明之第二較佳具體實施例之方法所製造的矽晶鑄錠3在製造過程中，多個結晶顆粒16抑制多個矽晶粒34於成長過程中缺陷密度的增加，第一纖維編織體12、第二纖維編織體14降低矽晶鑄錠3的氧含量。多個結晶顆粒16提供成核位置，製成的矽晶鑄錠3緊鄰多個結晶顆粒16的矽晶粒之平均晶粒尺寸小於約10mm。第一纖維編織體12與第二纖維編織體14並且可以協助矽晶鑄錠3脫模。

以下將列舉A鑄錠、B鑄錠、C鑄錠及D鑄錠相關的檢測資料。A鑄錠為根據本發明之第一較佳具體實施例之方法且在本發明之坩堝主體10的底部102安置第一纖維編織體12所製造的矽晶鑄錠3。B鑄錠為A鑄錠的對照組，製造B鑄錠之方法類似製造A鑄錠之方法但沒有安置第一纖維編織體12且僅在坩堝主體10的底部102控制其過冷度以利成核多個矽晶粒。C鑄錠為根據本發明之第二較佳具體實施例之方法且在本發明之坩堝主體10內安置第一纖維編織體12及四塊第二纖維編織體14所製造的矽晶鑄錠3。D鑄錠為 C鑄錠的對照組，製造D鑄錠之方法類似製造C鑄錠之方法但沒有安置第一纖維編織體12、第二纖維編織體14。

請參閱圖16，A鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之氧含量係標示於圖16中。矽晶鑄錠內之氧含量影響間隙缺陷。做為對照，B鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之氧含量的平均值也標示於圖16中。圖16的數據證實根據本發明所製造的A鑄錠在同樣矽晶鑄錠高度比例處其取樣區域的缺陷密度皆低於B鑄錠的缺陷密度。先前技術皆無提出如何降低矽晶鑄錠的氧含量的技術。然而，相關研究皆已證實矽晶鑄錠的氧含量會影響太陽能電池的光衰退及光電轉換效率。

請參閱表1，取材於A鑄錠的底部區域、中間區域以及頂部區域(A鑄錠的中央區域)所製成太陽能電池的平均光電轉換效率係列於表1中。做為對照，取材於B鑄錠各區域(B鑄錠的中間區域)所製成太陽能電池的平均光電轉換效率也列於表1中。表1的數據證實取材A鑄錠各區域所製成太陽能電池的平均光電轉換效率為17.40%，明顯高於取材於B鑄錠所製成太陽能電池的平均光電轉換效率(17.30%)。足見根據本發明之方法所製造的A鑄錠其品質優於B鑄錠的品質。

請參閱圖17，A鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之碳含量係標示於圖17中。做為對照，B鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之碳含量的平均值也標示於圖17中。圖17的數據證實根據本發明所製造的A鑄錠在同樣矽晶鑄錠高度比例處其取樣區域的碳含量皆高於B鑄錠的碳含量。因為第 一纖維編織體12係由多根第一碳纖维所構成。矽融湯接觸第一纖維編織體12時會有極少量的碳進入矽融湯中，因此A鑄錠含的碳含量濃度會較一般製程製造的矽晶鑄錠的高，但仍在業界可接受的規格範圍內。從取材A鑄錠各區域所製成太陽能電池的平均光電轉換效率明顯高於取材於B鑄錠所製成太陽能電池的平均光電轉換效率即可證實，A鑄錠的碳含量濃度並未降低A鑄錠的品質。

請參閱表2，A鑄錠與B鑄錠經檢測其紅區(矽晶鑄錠內不符合標準的區域)比例係列於表2。表2證實A鑄錠可以利用的區域比B鑄錠多14%。這也證實本發明所採用第一纖維編織體12可以有效地阻絕坩堝主體10內Fe、Al等雜質擴散至矽熔湯或矽晶體。足見A鑄錠比B鑄錠更具商業應用價值。

請參閱圖18，C鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之氧含量係標示於圖18中。矽晶鑄錠內之氧含量影響間隙缺陷。做為對照，D鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之氧含量的平均值也標示於圖18中。圖18的數據證實根據本發明所製造的C鑄錠在同樣矽晶鑄錠高度比例處其取樣區域的缺陷密度皆低於D鑄錠的缺陷密度。

請參閱表3，取材於C鑄錠的底部區域、中間區域以及頂部區域(C鑄錠的中央區域)所製成太陽能電池的平均光電轉換效率係列於表3中。做為對照，取材於D鑄錠各區域(D鑄錠的中間區域)所製成太陽能電池的平均光電轉換效率也列於表3中。表3的數據證實取材C鑄錠各區域所製 成太陽能電池的平均光電轉換效率為17.79%，明顯高於取材於D鑄錠所製成太陽能電池的平均光電轉換效率(17.60%)。足見根據本發明之方法所製造的C鑄錠其品質優於D鑄錠的品質。

請參閱圖19，C鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之碳含量係標示於圖19中。做為對照，D鑄錠沿著矽晶鑄錠高度比例變化之碳含量的平均值也標示於圖19中。圖19的數據證實根據本發明所製造的C鑄錠在同樣矽晶鑄錠高度比例處除了頂部區域其它取樣區域的碳含量皆高於D鑄錠的碳含量。因為第一纖維編織體12係由多根第一碳纖维所構成，第二纖維編織體14係由多根第二碳纖維所構成。矽融湯接觸第一纖維編織體12與第二纖維編織體14時會有極少量的碳進入矽融湯中，因此C鑄錠含的碳含量濃度會較一般製程製造的矽晶鑄錠的高，但仍在業界可接受的規格範圍內。從取材C鑄錠各區域所製成太陽能電池的平均光電轉換效率明顯高於取材於D鑄錠所製成太陽能電池的平均光電轉換效率即可證實，C鑄錠的碳含量濃度並未降低D鑄錠的品質。

請參閱表4，C鑄錠與D鑄錠經檢測其紅區比例係列於表4。表4證實C鑄錠可以利用的區域比D鑄錠多25%。這也證實本發明所採用第一纖維編織體12、第二纖維編織體14可以有效地阻絕坩堝主體10內Fe、Al等雜質擴散至矽熔湯或矽晶體。足見C鑄錠比D鑄錠更具商業應用價值。

表4

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧坩堝組合

10‧‧‧坩堝主體

102‧‧‧底部

12‧‧‧第一纖維編織體

2‧‧‧加熱器

32‧‧‧矽熔湯

34‧‧‧矽晶粒

35‧‧‧固/液相介面

V‧‧‧垂直方向

Claims (13)

1. 一種坩堝組合，包含：一坩堝主體，具有一底部；以及一第一纖維編織體，係由多根第一碳纖维所構成，且係安置於該坩堝主體之該底部上，該第一纖維編織體具有多個本質的第一孔洞，且成無序排列。
2. 如請求項1所述之坩堝組合，其中每一個本質的第一孔洞的孔徑的範圍為約0.05mm~2mm。
3. 如請求項2所述之坩堝組合，其中每一根第一碳纖維之線徑的範圍為約1μm~500μm。
4. 如請求項2所述之坩堝組合，其中該第一纖維編織體的可壓縮變形量的範圍為約20%~80%。
5. 如請求項1所述之坩堝組合，其中該坩堝主體還具有一內側壁，該坩堝組合進一步包含一第二纖維編織體，係由多根第二碳纖維所構成，且係安置於該坩堝主體之該內側壁上，該第二纖維編織體具有多個本質的第二孔洞，且成無序排列。
6. 一種製造一矽晶鑄錠之方法，包含下列步驟：製備如請求項1至5中任一項所述之坩堝組合；裝一矽原料至該坩堝組合內，且放置在該第一纖維編織體上；加熱該坩堝組合，直至該矽原料全部熔化成一矽熔湯； 基於一方向性凝固製程冷卻該坩堝組合，致使該矽熔湯在該第一纖維編織體之多個第一孔洞處成核多個矽晶粒且沿該坩堝組合之一垂直方向成長；以及繼續基於該方向性凝固製程冷卻該坩堝組合，直至該矽熔湯完全凝固成該矽晶鑄錠，其中該第一纖維編織體並且協助該矽晶鑄錠脫模。
7. 如請求項6所述之方法，其中該矽晶鑄錠的氧含量之範圍為約0.1~4ppma。
8. 如請求項6所述之方法，其中該矽晶鑄錠的碳含量之範圍為約6~10ppma。
9. 一種製造一矽晶鑄錠之方法，包含下列步驟：製備如請求項1至5中任一項所述之坩堝組合；鋪設多個具不規則形狀的結晶顆粒在該第一纖維編織體上；裝一矽原料至該坩堝組合內，且放置在該多個結晶顆粒上；加熱該坩堝組合，直至該矽原料全部熔化成一矽熔湯，其中該多個結晶顆粒之一部分熔化，其餘部分未熔化；基於一方向性凝固製程冷卻該坩堝組合，致使該矽熔湯在該多個結晶顆粒上成核多個矽晶粒且沿該坩堝組合之一垂直方向成長；以及繼續基於該方向性凝固製程冷卻該坩堝組合，直至該矽熔湯完全凝固成該矽晶鑄錠，其中該第一纖維編織體並且協助該矽晶鑄錠脫模。
10. 如請求項9所述之方法，其中每一結晶顆粒之顆粒尺寸係小於約50mm。
11. 如請求項9所述之方法，其中該多個結晶顆粒包含選自由一多晶矽顆粒、一單晶矽顆粒以及一單晶碳化矽顆粒所組成之群組中之其一。
12. 如請求項9所述之方法，其中該矽晶鑄錠的氧含量之範圍為約0.1~4ppma。
13. 如請求項9所述之方法，其中該矽晶鑄錠的碳含量之範圍為約6~10ppma。