用於製造矽塊的裝置和方法
2023-08-02 11:33:16
專利名稱：用於製造矽塊的裝置和方法
技術領域：
本申請要求2011年9月13日提交的系列號為102011082628. 9的德國專利申請的優先權，該申請的內容通過弓I用整體併入本文,便如在文中完整陳述一樣。本發明涉及一種用於製造矽塊的裝置。此外，本發明涉及一種用於製造矽塊的方法和娃塊。
背景技術：
大體積半導體體部、尤其是矽塊的製造對於矽太陽能電池的製造而言至關重要。通常使用矽熔體在其中固化的熔化坩堝來製造矽塊。例如，從DE 102005013410A1獲知一種用於製造矽塊的裝置和方法。
發明內容
持續存在對進一步開發用於製造矽塊的裝置和方法的需求。通過一種用於製造用於光伏應用的矽塊的裝置來實現該目的，所述裝置包括帶有基壁和至少一個側壁的用於接收矽熔體的容器，並且包括用於減少雜質從容器的壁中的至少一個擴散到矽熔體和矽塊中的裝置，其中用於減少雜質擴散的裝置包括至少一個覆蓋元件，以至少部分地覆蓋容器的壁中的至少一個。還通過一種用於製造矽塊的方法來實現該目的，所述方法包括以下步驟提供包括基壁和至少一個側壁的用於接收矽熔體的容器、提供並布置用於使容器中的矽熔體與容器的基壁分離的裝置、在容器中提供矽熔體、以及使矽熔體固化。本發明的核心是將擴散阻擋層布置在用於接收矽熔體的坩堝中。該擴散阻擋層用於減少雜質從坩堝擴散到熔體和晶體中。由此增加可實現的產量。作為插板或插箔配置並插入坩堝中的插入或覆蓋元件優選被設置為擴散阻擋層。這允許擴散阻擋層在坩堝中的特別簡單的布置。將剛性插板和柔性插箔統稱為覆蓋元件。插板可具有一件式構型。插板也可包括多個部分板。下面術語「插板」還用來表示多部件(mult1-part)構型。插箔同樣如此。覆蓋元件、尤其是插板與容器的尺寸匹配。覆蓋元件優選以這樣的方式配置，即坩堝的基壁和/或至少一個側壁、尤其是全部側壁能夠由覆蓋元件儘可能完整地覆蓋。坩堝的基壁和/或(多個)相應的側壁能夠由插板覆蓋至少50%，尤其至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%、尤其至少99. 9%，優選完全由插板覆蓋。藉助於插板對坩堝的壁的覆蓋越完整，就越有效地防止了雜質從坩堝擴散到熔體和/或晶體中。插板引起矽熔體或矽晶體與坩堝的基壁和/或側壁的空間分離。覆蓋元件優選由具有比矽的熔點高的熔點的材料製成。結果，由此防止了擴散阻擋層在矽熔體中的熔化。覆蓋元件優選由相對於矽具有較小的雜質(諸如過渡金屬)擴散常數的材料製成。 覆蓋元件的材料在從20° C至1500° C的範圍內、尤其在從800° C至1412° C的範圍內的溫度下相對於矽的擴散常數(diffusion content)小於從上述雜質的群組中選擇的元素之一、尤其是鐵相對於矽的擴散常數。所述擴散常數尤其是過渡金屬鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷或鎳之一在相應溫度下相對於矽的擴散常數的最多0. 5倍、尤其最多0. 3倍、尤其最多0. 2倍。這確保了不會發生金屬雜質從擴散阻擋層明顯擴散到矽熔體或矽晶體中。擴散阻擋層的金屬成分擴散到矽熔體或矽晶體中尤其局限於厚度為最多I Pm、尤其最多500nm、尤其最多300nm的邊界層。擴散阻擋層相對於上述過渡金屬的擴散常數優選小於SiO2熔化坩堝的相應擴散常數，尤其是擴散阻擋層的擴散常數小於10_nm2/S。除作為擴散阻擋層的功能外，覆蓋元件能夠優選同時形成用於矽熔體的結晶的核模板(nucleus template)。覆蓋元件優選由這樣一種材料製成，該材料對於過渡金屬、尤其是對於鐵的擴散常數低於其在矽中的擴散常數。覆蓋元件的材料相對於過渡金屬、尤其相對於鐵的擴散常數尤其足夠低以確保當矽熔體固化時這種物質不會經擴散阻擋層擴散。結果，確保了覆蓋·元件的阻擋作用。覆蓋元件例如可由尤其從鑰(Mo)、鎢(W)和鈦(Ti)的群組選擇的耐火金屬或者這些物質中的一種或多種配置的化合物製成。覆蓋元件可由石英、二氧化矽、碳化矽或氮化矽製成。一般而言，覆蓋元件具有從耐火金屬、其化合物、石英、二氧化矽、碳化矽和氮化矽以及來自四元系S1-C-O-N的其它化合物的群組中選擇的至少一部分。此外，覆蓋元件可具有氧化鋁、多晶Al2O3或單晶剛玉的成分。覆蓋元件也可完全由這些材料中的一種或多種組成。原則上，也可以由扁平承載元件配置插板，所述扁平承載元件在至少一側、尤其在兩側、尤其完全具有一層至少一種上述材料。例如，也可使用晶片、尤其是碳化矽晶片或二氧化矽晶片作為插板。在一個有利實施例中，插板由非晶態二氧化矽製成。插板尤其可由熔化的二氧化矽製成。插板例如可從熔化並重新固化的二氧化矽塊切出。擴散阻擋層優選具有至少90% (體積)的密度。由此也確保了其作為擴散阻擋層的功能。尤其有效防止了雜質經擴散阻擋層的孔隙擴散到矽熔體中。在又一個有利的實施例中，插板由氧化鋁製成。氧化鋁具有至少98%、優選至少99%、優選最多99. 99%的純度。插板優選具有至少90% (體積)、尤其95% (體積)的密度。插板尤其是封閉和無孔的。這尤其用來表示插板具有閉孔構型。在由氧化鋁製成的插板的情形中，這種氧化鋁可以是單晶的。插板尤其可由剛玉(sapphire)製成。插板優選具有在從0. OOlmm至IOmm的範圍內、尤其在從0. 05mm至5mm的範圍內、
尤其在從0.4mm至Imm的範圍內的厚度。在該厚度下有效地防止了雜質從坩堝壁擴散到熔體中。在有利的構型中，可以將插板設置有來自四元系S1-C-O-N的至少一種物質的塗層。此外，該塗層可由B-N變體組成或者具有這種變體，即硼和/或氮的成分和/或其化合物。該塗層也可具有S1-C-O-N與B-N的化合物。Si3N4或BN尤其可以作為塗層。塗層可以是粉狀的。塗層可具有臨時有機添加劑。因此，尤其能夠防止插板在坩堝和/或鑄錠上燒結。為了製造該裝置，將插板或插箔布置在坩堝中。·
插板或插箔尤其可採用這樣的方式安放在坩堝中，即插板或插箔至少部分地、尤其儘可能完全、尤其至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%、優選完全覆蓋基壁。插板也可採用這樣的方式布置在坩堝中，即插板至少部分地、尤其儘可能完全、尤其至少50%、尤其至少70%覆蓋側壁中的一個或可選地多個。插板在此尤其能夠相對於側壁平行或同心地定向。插板尤其能夠以這樣的方式配置，即插板完全覆蓋側壁鄰接基壁的區域。可以將插板在布置在容器中之前設置有塗層。來自四元系S1-C-O-N的物質或物質混合物尤其可作為塗層提供。可通過這種塗層防止插板在坩堝上燒結。由此尤其能夠實現插板和/或坩堝能夠重複使用。然而，在將插板布置在容器中後給插板設置塗層也可以是有利的。上述物質又作為塗層提供。尤其能夠通過回溯性塗層(retrospective coating)實現容器中的娃熔體完全不與容器的一個或多個壁、尤其所有壁接觸。尤其能夠實現矽熔體不潤溼容器和/或插板。結果，尤其防止了熔體或鑄錠例如被氧或鋁汙染。此外，可通過後續的塗層簡化該製造工藝。關於根據本發明用於製造矽塊的方法的優點，請參見根據本發明的裝置的優點。本發明的更多目的在於改進尤其用於光伏應用中的矽塊。通過包括插入元件的用於使容器中的矽熔體與容器的基壁分離的裝置來實現該目的，藉助於所述插入元件將基壁覆蓋至少50%，其中插入元件防止雜質從容器的基壁擴散到矽中。本發明的核心在於減小矽塊中通常不能用於光伏應用的基部和/或周邊區域的跨度(extent)。通過將邊緣區域的跨度減小到最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多20mm、尤其最多10mm、尤其最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的值,顯著提高了結晶過程的產量。尤其在此能夠通過位於坩堝基部處的擴散阻擋層將基部區域在矽塊縱向上的跨度減小到給定的值。通過將擴散阻擋層布置在坩堝側壁的區域內，尤其能夠將周邊區域在橫向上的跨度減小到給定值。這些用於減小邊緣區域的最大跨度的措施優選能夠互相結合。可以證明根據本發明製造的塊具有在核心區域上側向地平均的電荷載體壽命，在核心區域的各高度處，所述壽命為至少2 y S，尤其至少3 y S，尤其至少5 y S。因此，根據本發明製造的矽塊具有顯著擴大的部分，該部分能夠進行進一步加工以用於光伏應用。本發明的更多優點和細節從藉助附圖對實施例的描述顯現。
圖1示意性地示出了用於製造矽塊的總體裝置，圖2示出了貫通根據第一實施例的帶有擴散阻擋層的用於接收矽熔體的容器的示意性截面圖，圖3示出了貫通根據又一實施例的帶有擴散阻擋層的用於接收矽熔體的容器的示意性截面圖，圖4示出了貫通根據又一實施例的帶有擴散阻擋層的用於接收矽熔體的容器的示意性截面圖，圖5示出了貫通根據又一實施例的帶有擴散阻擋層的用於接收矽熔體的容器的示意性截面圖，圖6a示出了從根據本發明製造的矽塊切出的柱的壽命圖示，圖6b示出了在柱高度上與根據圖6a的圖示對應的側向地平均的壽命，圖7和8示出了不通過或通過在坩堝中布置擴散阻擋層製造的多晶矽塊的豎直剖面上的電荷載體壽命的示例性比較，以及圖9和10示出了使用坩堝中相應的核模板製造的單晶矽塊的根據圖7和8的視圖。
具體實施例方式下文將參照圖1和2描述根據第一實施例的用於製造矽塊30的裝置I。裝置I包 括用於接收矽熔體3的容器2和作為插板4配置的覆蓋元件。使用模具、尤其是可重複使用的模具作為容器2，以接收矽熔體3，或者使用坩堝、尤其是熔化坩堝作為容器2，用以熔化矽以製造矽熔體3。容器2具有基壁5和至少一個側壁6。容器2可具有圓的、尤其是圓形截面。這種情況下，側壁6呈中空筒形。容器2也可以是立方形的。這種情況下，容器2包括四個側壁6。在任何情況下，下文在術語「側壁6」中都包括這種可能性。容器2具有在從IOcm至2m的範圍內、尤其在從15cm至IOOcm的範圍內的直徑。在立方形容器2的情況下，這些細節與基壁5的側面長度對應。基壁5是平坦的，換言之，基壁5在其整體跨度上具有均勻厚度。基壁5也可被提供結構化結構。基壁5和側壁6界定在一側開口並用於接收矽熔體的內部空間7。基壁5具有在從0.5cm至5cm的範圍內、尤其在從Icm至3cm的範圍內的厚度。側壁6具有與基壁5的壁厚剛好一樣大的壁厚。側壁6也可具有比基壁5小的壁厚。容器2優選由石英或陶瓷、尤其是矽與元素氧、氮或碳中的至少一種的化合物製成。容器2尤其可由二氧化矽(Si02)、氮化矽(Si3N4)或碳化矽(SiC)製成。容器2的材料尤其具有在從75% (體積)至85% (體積)的範圍內的密度。裝置I還包括包圍容器2的支撐模具8。支撐模具也在一側開口。支撐模具包括由圖中未示出的框架承載的基板9。此外，裝置I包括加熱元件。這裡能夠區分側加熱元件10、罩蓋加熱元件11和基部加熱元件12。同樣可以將裝置I配置有單個側加熱元件10。因此，可以設置多個罩蓋加熱元件11和/或基部加熱元件12。側加熱元件10側向地包圍容器2。罩蓋加熱元件11布置在容器2上方。基部加熱元件12布置在容器2下方。另外或者作為對加熱元件10、11、12的替代，可以在容器2側向上、上方和/或下方設置冷卻元件。加熱元件10、11、12和/或冷卻元件優選是可控的。加熱元件10、11、12和冷卻兀件一起形成溫度控制機構，以控制容器2中的娃的熔化和/或定向固化。對於溫度控制機構的細節，例如請參見DE 102005013410B4。容器2也可由大量隔熱元件13包圍。容器2尤其可布置在向外密封的結晶室14中。結晶室14具有用於衝洗管16的通孔15。結晶室14能夠經由衝洗管16藉助於衝洗氣體機構17接受衝洗氣體。尤其提供氬氣作為衝洗氣體。或者，也可使用另一種惰性保護氣體。結晶室14中的氣氛尤其能夠藉助於衝洗氣體機構17以有針對性的方式控制。結晶室14和衝洗氣體機構17也是裝置I的構件。下文將描述被用作擴散阻擋層的插板4的更多細節。插板4是機械剛性的。這有利於其插入容器2中。插板4優選以這樣的方式配置，即插板4能夠以精確的配合插入容器2中。插板4尤其以這樣的方式配置，即在插板4的幫助下，能夠儘可能完整地覆蓋容器2的基壁5。能夠藉助於插板4將容器2的基壁5覆蓋至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%，優選完全覆蓋。插板4可與基壁5直接接觸。插板4也可與側壁6直接接觸。插板4可引起矽熔體3和矽晶體與容器2的基壁5和/或側壁6的空間分離。插板4可以是一部分或多部分的。例如，使用高純度、經塗覆的所謂石英玻璃板作為插板4。插板4尤其由非晶態材料製成。根據第一實施例，插板4具有至少一部分二氧化矽(Si02)。插板4尤其具有至少一層二氧化矽(Si02)。插板4優選可完全由二氧化矽(SiO2)製成。插板4尤其可由熔化的^巨晶態二氧化矽(SiO2)製成，例如從一塊熔化並重新固化的二氧化矽(SiO2)切出。這引起 插板4的特別高的密度和純度。插板4尤其可以是閉孔式。原則上，其它物質、尤其是矽化合物、尤其是矽與元素氧、碳和氮中的一者或多者的化合物、以及氧化鋁可以作為插板4的材料。此外，覆蓋元件可由氧化鋁、多晶Al2O3或單晶剛玉組成。一般而言，插板4的材料具有容器2中的雜質、尤其是金屬的擴散係數，該擴散係數小於這些物質的純矽擴散係數。結果，確保了插板4作為擴散阻擋層的效果。覆蓋板4有利地是耐熱的，至少耐受矽的熔化溫度，尤其至少1450° C。插板4具有小於1%、尤其小於0. 1%、尤其小於0. 01%的雜質。插板4可具有包含至少一種來自四元系S1-C-O-N的物質的塗層。可能的塗層尤其是碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)和二氧化矽(Si02)。此外，塗層可以由B-N變體組成或者具有這種變體。塗層也可具有S1-C-O-N與B-N的混合物或者由這種混合物組成。插板4具有在從I ii m至10mm、尤其在從50 ii m至5mm的範圍內、尤其在從0. 4mm至3mm的範圍內、尤其在至Imm的範圍內的厚度。插板4越薄，來自矽熔體3的熱流受它的影響就越小。插板4越厚，插板4就越可靠地防止雜質從容器2的壁5、6擴散到矽熔體3中。已證實所述給定範圍是滿足這兩個互相衝突的要求的最佳折中。為了有效地防止雜質從容器2、尤其是其基壁5擴散，插板4具有低孔隙率。插板4尤其具有閉孔構型。插板4優選具有至少90%(體積)、尤其至少95%的密度。這種高密度值不能通過塗層實現——所述塗層通常從分散體塗布到坩堝的內側，且其具有高孔隙率。插板4的材料優選具有一定的熱膨脹係數，該熱膨脹係數與容器2的基壁5的材料的熱膨脹係數相差最多10%，尤其最多5%，尤其最多1%。為了製造用於製造矽塊30的裝置I，首先提供插板4。為此，尤其可使二氧化矽熔化並固化以形成合適大小的塊狀物。然後可從該塊狀物切出插板4。然後提供容器2並將插板4布置在其中。在本發明的不同實施例中，可以將插板4在布置在容器2中前或者在布置在容器2中後設置有塗層。對於塗層的細節，請參見上文的描述。該塗層可具有不同功能。一方面，塗層可有利於從容器2取出矽塊。塗層也可影響容器2中的矽熔體3的結晶。詳情請參見DE 102005028435AUDE 102005029039A1 和 DE 102005032789A1。此外，可使用剛玉作為用於單晶矽或粗晶矽的核。當在將插板4布置在容器2中後塗布塗層時，塗層也能夠用於密封插板4與容器2的側壁6之間的剩餘中間空間和/或通過插板4的多部分構型在其單個的構件之間密封。塗層尤其具有在0. 05mm至0. 5mm的範圍內的厚度。為了製造尤其用於光伏應用的矽塊30，首先為裝置1、尤其是容器2提供插板4並將插板4布置在容器2中。然後在容器2中提供矽熔體3。這可以通過將已經熔化的矽澆入容器2中或者通過在容器2中熔化矽來完成。容器2中的矽熔體3通過插板4與容器2 的基壁5分離。然後通過適當控制加熱/冷卻元件10、11、12來使容器2中的矽熔體3固化。對於這方面的細節，請參見DE 102005013410A1。下文將參照圖3描述本發明的又一實施例。同樣的零件具有與根據圖2的實施例中相同的參考標號，在此參考其描述。在本實施例中，提供大數量的插板4。這些插板4以這樣的方式配置，即它們基本無間隙地覆蓋基部5。它們尤其可形成基壁5的傾斜。此外，在本實施例中也可以使用插板4來覆蓋側壁6鄰接基壁5的區域。用於覆蓋側壁6的插板4優選平行於側壁6定向。分離的接合部18能夠保持在布置在容器2的基壁5上的插板4與布置在容器2的側壁6上的插板4之間。分離的接合部18具有最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的自由寬度。為了封閉分離的接合部18，可以尤其在分離的接合部18的區域內提供塗層19。對於塗層19的細節，請參見上文對插板4和/或容器2的塗層的描述。塗層19形成對抗矽熔體3在插板4後面流動的防護。在本實施例中，也可以至少在多個區域內為側壁6設置塗層19。側壁6尤其在未被插板覆蓋的區域內——換言之在插板4上方的區域內——設置有塗層19。塗層19尤其至少達到大於容器2中的矽熔體3的預期最大充填高度h_的高度。下文將參照附圖描述本發明的又一實施例。同樣的零件具有與上述實施例中相同的參考標號，在此參考其描述。在圖4所示的實施例中，可以將塗層20布置在容器2的壁5、6與插板4之間。塗層20由難以燒結的材料例如氮化矽(Si3N4)或氮氧化矽(S1-O-N)製成。塗層20從包含粒子的分散體、尤其是粉末塗布到容器2的壁5、6，所述粒子的直徑在從0.1 ii m至10 ii m的範圍內。在本實施例中可以將插板4以這樣的方式配置在側壁6的區域內，即垂直於基壁5從基壁5行進，插板4具有大於容器2中的矽熔體3的預期最大充填高度h_的總跨度。下文將參照圖5描述本發明的又一實施例。同樣的零件具有與上述實施例中相同的參考標號，在此參考其描述。容器2在本實施例中也在側壁6的區域內和基壁5的區域內設置有塗層20。插板4又被設置為擴散阻擋層。在本實施例中也可以將大量晶核21布置在插板4上。晶核21尤其布置成平行於容器2的基壁5。它們尤其可以呈三角形、矩形，尤其是正方形或六邊形。它們尤其以這樣的方式配置，即容器2的基壁5以可平鋪的方式一即基本上無間隙——由它們覆蓋。晶核21通過插板4與基壁5分離。可以在晶核21與容器2的側壁6之間留下間隙22。間隙22可在垂直於側壁6的方向上具有在IOOiim至30mm的範圍內的跨度。原則上，也可提供單個晶核21。除可能的間隙22外，該晶核21可優選大致具有使得基壁5能夠由其完全覆蓋的尺寸。根據圖5的裝置尤其有利於製造單晶矽塊30。這裡藉助於坩堝中的適當溫度控制來確保擴散阻擋層區域內的溫度低於擴散阻擋層的材料與矽之間形成共晶體的溫度。液態矽熔體3優選不會與擴散阻擋層直接接觸。矽熔體3尤其通過晶核21與擴散阻擋層分離。 在又一個實施例中，插板4自身也可被用作晶核21。例如由剛玉製成的插板4能夠被直接用作用於單晶矽或粗晶矽的晶核21。圖6a示意性地示出了已從未按照本發明製造的矽塊切出的柱23的壽命圖示。同樣可清楚辨別的是位於柱23的第一端25的基部區域24 (也簡稱為基部)、與第一端25相對的第二端27上稱為帽26的上部區域以及中間區域28。基部區域24在縱向29上具有超過60毫米的跨度。區域24和26由其中平均的電荷載體壽命限定。矽塊30尤其沿縱向29從第一端
25延伸且其中側向地-即垂直於縱向29-平均的電荷載體壽命小於最大S、尤其
最大2 y s的預定極限值的區域稱為基部區域24。因此，帽26中一即在縱向29上與矽塊30的第二端27鄰接的區域內一的平均電荷載體壽命小於該極限值。圖6b中示出了圖6a所示的柱23的電荷載體的側向地平均的壽命的路線。雖然基部24和帽26的區域內的平均壽命大致小於S，但中間區域28內的自由電荷載體的側向地平均的壽命高達8 S。所述平均壽命大致在整個中間區域28上一即中間區域28的每一個期望高度一尤其為至少2 u S，尤其至少3 u S，尤其至少4 u S，尤其至少5 y S，優選至少6 ii S。由於基部區域24和帽26被歸類為用處不大並因此由於用於在光伏應用中進一步加工的電荷載體的低壽命而被丟棄，所以通過常規方法製造的矽塊的產量為最多約62%。圖7和8中通過貫通多晶娃塊30的豎直剖面藉助於不例不出了電荷載體壽命的比較。這裡，圖7所示的矽塊30在沒有根據本發明的擴散阻擋層的情況下製造。在矽熔體3導入容器2中前安放在容器2的基壁5上的碳化矽(SiC)晶片被用作圖8所示的矽塊30中的插板4。圖8中為了說明而不出了 SiC晶片。與圖6a中一樣，基部區域24、帽26和中間區域28又能夠在圖7所示的矽塊30中清楚地分辨。此外，中央區域31和包圍中央區域31的周邊區域32能夠在橫向上一即在垂直於縱向29的方向上一進行區分。綜合起來，中間區域28與中央區域31之間的剖面區域能夠合併而形成核心區域33且矽塊30的其餘部分能夠合併而形成周邊區域34。與縱向29上的區域24和26相似，周邊區域32由平均電荷載體壽命限定。周邊區域32內的平均電荷載體壽命小於最大3 y S、尤其最大2 y s的預定極限值。如從圖8能清楚地看到，插板4布置在容器2的基壁5上引起基部區域24在縱向29上的跨度的顯著減小。
核心區域33也由其電荷載體壽命限定。在根據本發明製造的矽塊30中，S卩，當插板4布置在容器2的基壁5上時，核心區域33內在各高度處的側向地平均的電荷載體壽命超過至少2 V- S、尤其至少3 V- S、尤其至少4 V- S、尤其至少5 ii s的預定最小值。如從圖8能清楚地看到，插板4布置在容器2的基壁5上引起基部區域24在縱向29上的跨度的明顯減小並因此引起核心區域33的增大。在所示的實施例中，縱向29上的基部區域24具有小於Icm的跨度h。一般而言，根據本發明製造的矽塊30的基部區域24從第一端25前進在縱向29上具有最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多IOmm的跨度。因此，插板4布置在側壁6的區域內引起周邊區域32在垂直於縱向29的方向上的跨度的減小。周邊區域32在橫向上——即在垂直於縱向29的方向上——具有最多50mm、尤其最多30mm、最多IOmm的厚度。尤其能夠通過擴散阻擋層實現邊緣區域34具有最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多10mm、尤其最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的最大厚 度。因此，通過根據本發明的方法，能夠顯著提高產量。通過根據本發明的方法，尤其能夠實現至少70%、尤其至少75%、尤其至少80%的產量。圖9和10藉助於示例與圖7和8中一樣使用貫通已藉助於晶核21的模板實現的單晶矽塊30的豎直剖面相應示出電荷載體壽命。圖9示出了矽塊30，這裡，矽塊30在未在坩堝中布置擴散阻擋層的情況下製造。在圖10所示的示例中，基壁5上的SiC晶片被用作插板4，該插板4如後面所示滑動到圖10中的容器2的左手側壁6的區域內。從這些圖又能看出插板4對矽塊30中的電荷載體壽命的明顯影響。顯然，單個的實施例的細節、尤其是插板4的一部分或多部分構型、插板4在側壁6的區域內的布置和塗層19、20的設置能夠按需互相組合。原則上，也可設想為了製造插板4而使用被用作用於容器2中的雜質的擴散阻擋層的材料來塗覆載體。對於這種材料的細節，請參見對插板4的描述。雖然根據圖2至4的實施例中的插板4是機械剛性的，但可有利地將擴散阻擋層製造成柔性的，即製造為插箔。將剛性插板4和柔性擴散阻擋層統稱為覆蓋元件。覆蓋元件尤其包括插板4或插箔。覆蓋元件一般引起矽熔體3與容器2的基壁5的分離。覆蓋元件防止雜質從容器2擴散到矽熔體3和/或待製造的矽塊30中。這種用於防止雜質擴散的分離能夠實現的原因還在於插板4布置成通過墊片35與容器2的基壁5分離並布置在其上。根據又一個實施例，換言之，覆蓋元件由插板4a形成，所述插板通過墊片35與容器2的基壁5分離。這裡使用尤其由單晶矽製成的核模板或多個核模板例如一個或多個晶種作為插板4a。核模板尤其布置成鄰靠，換言之在橫向於基壁5的方向上互相接觸。它們也可以形成基壁5的密集覆蓋。插板4a也可以根據上述實施例配置，或者除核模板外尤其包括相應配置的插板4。在上述實施例中，容器2優選設置有塗層20。代替矽熔體3，由另一種材料製成的熔體顯然也能夠藉助於根據本發明的裝置I來固化。該熔體尤其可以是尤其包含一部分矽或鍺的非鐵金屬熔體。
權利要求
1.一種用於製造用於光伏應用的矽塊(30)的裝置(1)，包括a.用於接收矽熔體(3)的容器(2)，所述容器(2)帶有.1.基壁(5);和i1.至少一個側壁(6),b.用於減少雜質從所述容器(2)的所述壁(5，6)中的至少一個擴散到所述矽熔體(3) 和所述矽塊(30)中的裝置，c.其中，所述用於減少雜質擴散的裝置包括至少一個覆蓋元件(4；4a),以至少部分地覆蓋所述容器(I)的所述壁(5，6)中的至少一個。
2.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少一個覆蓋元件作為用於插入所述容器(2)中的插入元件配置，所述插入元件包括插板(4 ;4a)。
3.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少一個覆蓋元件作為插板(4； 4a)和插箔的群組中的一者配置。
4.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4；4a)以這樣的方式配置，即至少所述容器(2)的所述基壁(5)能夠被所述覆蓋元件(4 ；4a)覆蓋至少90%。
5.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4)以這樣的方式配置， 即至少所述容器(2)的所述側壁(5)能夠被所述覆蓋元件(4)覆蓋至少90%。
6.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4；4a)至少部分地由具有高於矽的熔點的熔點的材料製成。
7.根據權利要求1所述的裝置(I)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4 ；4a)至少部分地由相對於矽具有擴散常數的材料製成，在20° C至1500° C的範圍內的溫度下，所述擴散常數是過渡金屬鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷和鎳中的一者在相應溫度下相對於矽的擴散常數的至少.O.5 倍。
8.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4；4a)至少部分地由相對於矽具有擴散常數的材料製成，在20° C至1500° C的範圍內的溫度下，所述擴散常數是過渡金屬鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷和鎳中的一者在相應溫度下相對於矽的擴散常數的最多.O.3 倍。
9.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4；4a)至少部分地由相對於矽具有擴散常數的材料製成，在20° C至1500° C的範圍內的溫度下，所述擴散常數是過渡金屬鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷和鎳中的一者在相應溫度下相對於矽的擴散常數的最多.O.2 倍。
10.根據權利要求7所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件同時是用於所述矽熔體的結晶的核模板。
11.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)具有從耐火金屬、其化合物以及二氧化矽(Si02)、碳化矽(SiC)和氮化矽(Si3N4)及其化合物、以及氧化鋁 (Al2O3)的群組中選擇的至少一部分。
12.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4)具有按體積計至少 90%的密度。
13.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)由非晶態二氧化娃(SiO2)製成。
14.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)具有在從O.OOlmm至IOmm的範圍內的厚度。
15.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)具有在從O.05mm至5mm的範圍內的厚度。
16.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)具有在從O.4mm至Imm的範圍內的厚度。
17.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4;4a)具有包含來自所述四元系S1-C-O-N和所述雙元系B-N中的至少一者的至少一種物質的塗層。
18.根據權利要求1所述的裝置(I)，其特徵在於，所述覆蓋元件(4；4a)具有氮化矽 (Si3N4)和氮化硼(BN)的群組中的一者的塗層。
19.根據權利要求17所述的裝置(I)，其特徵在於，使用一個核模板和多個核模板的群組中的一者作為所述覆蓋元件(4a)。
20.根據權利要求17所述的裝置(1)，其特徵在於，所述至少一個核模板由單晶矽製成。
21.一種用於製造矽塊(30)的方法，包括以下步驟-提供用於接收矽熔體(3)的容器(2)，所述容器(2)包括—基壁(5);和—至少一個側壁(6),-提供並布置用於使所述容器(2 )中的所述矽熔體(3 )與所述容器(2 )的所述基壁(5 ) 分離的裝置，-在所述容器(2)中提供矽熔體(3)，-使所述矽熔體(3)固化。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述用於使所述容器(2)中的所述矽熔體(3)與所述容器(2)的所述基壁(5)分離的裝置包括插入元件(4 ;4a)，藉助於所述插入元件(4 ;4a)將所述基壁(5)覆蓋至少50%，其中所述插入元件(4 ;4a)防止雜質從所述容器的所述基壁(5)擴散到矽中。
23.一種通過使用用於製造用於光伏應用的矽塊(30 )的裝置(I)來使矽熔體(3 )固化而製造的矽塊(30)，所述裝置包括a.用於接收矽熔體(3)的容器(2)，所述容器(2)帶有1.基壁(5);和i1.至少一個側壁(6),b.用於減少雜質從所述容器(2)的所述壁(5，6)中的至少一個擴散到所述矽熔體(3) 和所述矽塊(30)中的裝置，c.其中，所述用於減少雜質擴散的裝置包括至少一個覆蓋元件(4；4a),以至少部分地覆蓋所述容器(I)的所述壁(5，6)中的至少一個，其中，使用一個核模板和多個核模板的群組中的一者作為所述覆蓋元件(4a)，-其中所述矽塊(30)具有沿縱向(29)延伸的核心區域(33)和鄰接所述核心區域(33) 的邊緣區域(34)，所述邊緣區域(34)具有與所述核心區域相比縮短的電荷載體壽命，-其中，所述核心區域(33)上的平均電荷載體壽命是至少2 μ S，並且-其中，所 述邊緣區域(34)的在所述縱向(29)上鄰接所述插板(4)的區域在所述縱向 (29)上具有比所述邊緣區域(34)的未鄰接區域小的跨度。
全文摘要
一種用於製造用於光伏應用的矽塊(30)的裝置(1)，包括帶有基壁(5)和至少一個側壁(6)的用於接收矽熔體(3)的容器(3)、用於減少雜質從容器(2)的壁(5，6)中的至少一個擴散到矽熔體(3)中的裝置，其中用於減少雜質擴散的裝置包括用於至少部分覆蓋容器(2)的壁(5，6)中的至少一個的至少一個覆蓋元件(4)。
文檔編號C30B28/06GK102995128SQ201210340060
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者B·弗雷登伯格, S·格呂茨納, M·迪特裡希, K·達德茲斯, A·克勞澤, B·格呂迪格-溫德洛克, D·諾爾特, M·特萊姆帕, C·賴曼, J·弗裡德裡希 申請人:太陽世界創新有限公司, 弗朗霍夫應用科學研究促進協會