一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法
2023-10-17 09:11:04 3
專利名稱：一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法
技術領域：
本發明涉及ー種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法。
背景技術：
通過具有特定晶向的籽晶來誘導生長鑄錠單晶矽是近年來在光伏矽電池領域得到了大幅應用的ー種技木。但是由於現有大規模商業化的單晶提拉技術最大只能得到直徑為12英寸的單晶棒，開方切割後所能提供的籽晶面積較小，在邊長為800mm的鑄錠坩堝底部擺設時，必然會需要3 25塊或更多的籽晶塊。矽塊屬於脆性強、延展性很差的材料，在加工時很難保持表面的絕對平整，並且鑄錠エ藝中所用的陶瓷坩堝底部平整度較差，一般為20±2mm，在籽晶塊擺放時必然會出現寬度為O. r5mm的縫隙。在籽晶部分熔化過程中，縫隙處無籽晶，已熔化的矽液會填滿籽晶的部分高度，當過冷度足夠時優先結晶，形成大量的小晶粒，晶粒 廣15_，與籽晶塊一起誘導晶體的定向生長，在縫隙處形成的小晶粒區域面積隨晶錠高度的増加，區域逐漸増大，以先生長部分為底，後生長部分為頂，到頂部時該區域已蔓延到整個晶錠，形成了大量的小晶粒區，由所得矽片製備而成的電池性能隨著該種小晶粒區域面積的增大而大幅降低。小粒徑晶粒區域存在大量的微缺陷，會増加少子的複合速率，顯著降低由其製備得到的電池的轉換效率。該缺陷區域面積越大，矽晶體質量越差，如圖I和2所
/Jn ο因此，控制籽晶縫隙處的小晶體誘導生長，對降低鑄錠單晶晶體缺陷密度有著極其重要的意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，改善鑄錠單晶的質量。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟a)將一定厚度的單晶矽塊緊密排列，作為誘導籽晶鋪滿坩堝底部；b)將邊緣晶向與誘導籽晶晶向相同的單晶矽片填充在誘導籽晶縫隙中，填充的單晶矽片的數量依誘導籽晶縫隙的寬度而定；c)然後依次將娃料、摻雜元素原料、娃料置於坩堝中；d)抽真空，通入惰性氣體；e)加熱坩堝，使作為誘導籽晶的單晶矽塊接觸於坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、矽料及摻雜元素原料均熔化；f)定向凝固時，使坩堝底部為冷端，誘導籽晶的未熔化部分誘導矽熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄錠單晶矽。進ー步限定，填充的單晶矽片的寬度w是誘導籽晶厚度h的50°/Γ 10%
具體地，誘導籽晶的厚度h為5 50mm。具體地，單晶矽片的厚度t為O. l 2mm。本發明的有益效果是通過單晶矽片填充誘導籽晶之間的縫隙，能使晶體缺陷降低50%以上，大大提聞了鑄澱單晶娃的晶體質量。
下面結合附圖和實施例對本發明進ー步說明。圖I是現有的鑄錠生產中誘導籽晶的鋪裝結構示意圖；圖2是現有的鑄錠生產中誘導籽晶縫隙處誘導生長得到的矽片的光致發光檢測 圖；
圖3是本發明的誘導籽晶的鋪裝結構示意圖；圖4是本發明中填充的單晶矽片的示意圖；圖5是本發明的誘導籽晶縫隙處誘導生長得到的矽片的光致發光檢測圖；圖中，I.誘導籽晶，2.填充的單晶矽片。
具體實施例方式如圖3和4所示，一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟I、將厚度h為5 50mm的單晶矽塊緊密排列，作為誘導籽晶I鋪滿坩堝底部；2、將厚度t為O. f 2mm的單晶矽片填充在誘導籽晶I縫隙中，所填充的單晶矽片
2的數量依誘導籽晶I縫隙的寬度而定，使原誘導籽晶I縫隙減少90%以上，所填充的單晶矽片2的寬度w是誘導籽晶I高度的509Γ110% ；3、然後依次將矽料、摻雜元素原料、矽料置於坩堝中；4、抽真空，通入惰性氣體如Ν2、Ar,邊抽真空邊通入惰性氣體；5、加熱坩堝，使作為誘導籽晶I的單晶矽塊接觸於坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、矽料及摻雜元素原料均熔化並在原子尺度上彼此充分混合；6、定向凝固時，使坩堝底部為冷端，誘導籽晶I的未熔化部分誘導矽熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄錠單晶矽。實施例I、將尺寸為165X 165mm的〈100〉晶向的單晶矽塊緊密鋪排在石英坩堝底部，作為誘導籽晶，誘導籽晶厚20mm。拼接後的誘導籽晶間存在O. Γ5πιπι的縫隙，將厚度t為O. 18mm、長寬為20X20mm的方形單晶矽片填滿在縫隙中，方形單晶矽片的邊緣晶向為〈100〉，即填充入誘導籽晶縫隙後的單晶矽片向上的晶向為〈100〉，與誘導籽晶的晶向一致。將210kg矽料置於誘導籽晶上面，摻入40mg的摻雜劑硼，在加上210kg矽料，實現裝爐。將爐膛抽成真空，採用Ar做保護氣體。設計熱場，使爐膛內的矽料部分溫度達到1420°C以上並逐漸熔化，使爐膛內〈100〉誘導籽晶與矽料接觸部分熔化10mm，與石英坩堝接觸的IOmm保持不熔化。最後，開啟保溫罩，使矽熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠〈100〉晶向的誘導籽晶的誘導而實現矽晶體的定向生長，得到鑄錠單晶。相比由誘導籽晶縫隙中未填充單晶矽片所得的鑄錠單晶，本實施例得到的鑄錠單晶開方切片後的晶界密度降低60%，位錯密度降低50%。實施例2將尺寸為330X 150mm的〈111〉晶向的誘導籽晶緊密鋪排在石英坩堝底部，誘導籽晶的厚度h為40mm。拼接後的誘導籽晶間存在O. Γδππιι的縫隙，將厚度t為O. 3mm、長寬為20X 20mm的方形單晶矽片與厚度t為O. 15mm、長寬為20X 20mm的方形單晶矽片混合填滿在縫隙中，方形單晶矽片的邊緣晶向為〈111〉，即填充入誘導籽晶縫隙後的單晶矽片向上的晶向為〈111〉，與誘導籽晶的晶向一致。將210kg矽料置於誘導籽晶上面，摻入40mg的摻雜劑硼，在加上210kg矽料，實現裝爐。將爐膛抽成真空，採用Ar做保護氣體。設計熱場，使爐膛內的矽料部分溫度達到1420°C以上並逐漸熔化，使爐膛內〈111〉晶向的誘導籽晶與矽料接觸部分熔化20mm，與石英坩堝接觸的20mm保持不熔化。最後，開啟保溫罩，使矽熔體從坩堝底部逐漸凝固，依靠〈111〉晶向誘導籽晶的誘導而實現矽晶體的定向生長，得到鑄錠單晶。
相比由誘導籽晶縫隙中未填充單晶矽片所得的鑄錠單晶，本實施例得到的鑄錠單晶開方切片後的晶界密度降低70%，位錯密度降低60%。
權利要求
1.一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，其特徵是具有如下步驟 a)將一定厚度的單晶矽塊緊密排列，作為誘導籽晶鋪滿坩堝底部； b)將邊緣晶向與誘導籽晶晶向相同的單晶矽片填充在誘導籽晶縫隙中，填充的單晶矽片的數量依誘導籽晶縫隙的寬度而定； c)然後依次將矽料、摻雜元素原料、矽料置於坩堝中； d)抽真空，通入惰性氣體； e)加熱坩堝，使作為誘導籽晶的單晶矽塊接觸於坩堝底部的部分不熔化，與坩堝不接觸的部分、矽料及摻雜元素原料均熔化； f)定向凝固時，使坩堝底部為冷端，誘導籽晶的未熔化部分誘導矽熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄澱單晶娃。
2.根據權利要求I所述的降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，其特徵是所述的填充的單晶矽片的寬度w是誘導籽晶厚度h的509^110%。
3.根據權利要求I所述的降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，其特徵是所述的誘導籽晶的厚度h為5 50mm。
4.根據權利要求I所述的降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，其特徵是所述的單晶矽片的厚度t為0. f2mm。
全文摘要
本發明涉及一種降低鑄錠矽單晶晶體缺陷的方法，具有如下步驟a)將一定厚度的單晶矽塊緊密排列，作為誘導籽晶鋪滿坩堝底部；b)將邊緣晶向與誘導籽晶晶向相同的單晶矽片填充在誘導籽晶縫隙中；c)然後依次將矽料、摻雜元素原料、矽料置於坩堝中；d)抽真空，通入惰性氣體，邊抽真空邊通入惰性氣體；e)加熱坩堝，熔化矽料；f)定向凝固時，使坩堝底部為冷端，誘導籽晶的未熔化部分誘導矽熔體的凝固生長，得到具有特定晶向的鑄錠單晶矽。本發明的有益效果是通過單晶矽片填充誘導籽晶之間的縫隙，能使晶體缺陷降低50%以上，大大提高了鑄錠單晶矽的晶體質量。
文檔編號C30B11/00GK102703965SQ20121014180
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者付少永, 張馳, 熊震 申請人:常州天合光能有限公司