[发明专利]填装性能良好的原料硅块在单晶炉或多晶炉中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种填装性能良好的原料硅块在单晶炉或多晶炉中的应用，具 体方法是将硅粉冷等静压或热等静压成填装性能良好的原料硅块后，放入单晶 炉或多晶炉中，用于硅晶体生长的初始原料。该原料硅块可以在太阳能领域或 半导体领域的单晶炉或多晶炉中融熔作为原料硅使用，用于生产晶体硅棒或硅 锭。该原料硅块的一个用途是作为生产太阳能电池成品硅片的初始原料用。

背景技术

本发明全文中涉及的单晶炉是指生长单晶硅的生长炉。

本发明全文中涉及的多晶炉是指生长多晶硅的生长炉。

本发明全文中涉及的原料硅块是指放入单晶炉或多晶炉，尚没有升温进行 融化和晶体生长的块状的硅，原料硅块作为生产单晶硅或多晶硅的原料。

有六个方面的背景技术：

(一)、首先在这里需要特别强调的是：包括US7,175,685在内的所有现有 文献都没有等静压技术可以减少氧化物膜层对单晶炉或多晶炉中硅晶体生长 质量的负面影响的报道。具体来说是现有文献没有由于硅粉经过冷等静压或热 等静压成填装性能良好的作为原料硅块有利于表面的氧化物膜层的减少，因而 可以减少对单晶炉或多晶炉中硅晶体生长质量的负面影响的报道。

原料硅块表面的氧化物会给后续工艺造成一系列问题，如导致硅料融化困 难，挥发物与设备元件反应，晶体及最终产品如芯片、电池片等质量下降等。 因而现有技术通常需要使用化学溶液洗涤原料硅块表面的氧化物。

现有技术中的作为原料硅块使用的高纯硅块通常经过了高温融化和冷却 的过程，或经过了气相沉积的过程，因而其相对密度为100％，实际密度为2.33 克/立方厘米。这些高纯硅块虽然价格昂贵，但其来源广泛，且容易获得。因 其高致密度和良好的机械性能完全可以耐受化学溶液洗涤对其表面的去氧化 过程。经过检测多组现有技术中提供的来源不同的相对密度为100％，实际密度 为2.33克/立方厘米的原料硅块，其抗压参数通常介于60-206MPa，平均为150 MPa。其具体内容在后文中的表1还会详细展开。

而由硅粉经过等静技术获得的原料硅块因为没有经过高温融化和冷却的 过程，其相对密度无法达到100％，因而其耐受化学溶液洗涤表面的抗冲击能力 相对密度为2.33克/立方厘米的传统原料硅块偏弱。

由于硅粉的比表面积很大，例如US7,175,685所涉及的硅粉很容易与空气 接触生成氧化膜，即使容忍飞扬的硅粉严重损坏设备的方式强行将硅粉放入单 晶炉或多晶炉中生长，会发现最后生长出的单晶硅或多晶硅的质量偏差，很难 满足市场的对质量的需求。

(二)、硅原料放入用于硅晶体生长的炉中，例如放入单晶炉中完成单晶 硅的生长，或放入多晶炉中完成多晶硅的生长，是早已非常完善的现有技术， 单晶硅的生长或多晶硅的生长通常都包括硅受热融化、缓慢生长出晶体、冷却 的过程。

生成的单晶硅或多晶硅再经过切片之后可以应用于太阳能电池。因为太阳 能电池在国际上有行业普遍遵守的质量的标准，所以切片之前的单晶硅或多晶 硅也要遵守共同的质量的标准。而单晶硅或多晶硅的生长技术大同小异，因而 保证质量的前提下，能否大量采用廉价的硅原料是单晶硅或多晶硅生产商非常 关心的。

(三)、本发明先介绍作为原料的硅粉或硅块在单晶炉或多晶炉中的应用 的情况。

硅粉应用情况：一方面，硅粉因为容易飞扬，影响设备的正常工作和生产 人员的健康，其应用受到极大的限制。另一方面，与硅块对比，硅粉还因为比 面积大，在包装、运输、储藏过程中都非常容易接触空气而被氧化，而被氧化 后的硅粉对最终生产的太阳能电池的质量有一定的负面影响，但其负面影响在 硅粉少量使用的情况下尚能忍受，因而为了降低成本，可以在单晶炉或多晶炉 中的使用很少量的硅粉。但在单晶炉或多晶炉中大比例的直接使用硅粉用于大 幅度降低生产成本成为一种不可能实现的奢望。其具体内容在后文中还会详细 展开。

硅块应用情况：以块状形态存在的作为原料的硅块是目前放入单晶炉或多 晶炉中的主要形式。

应用于太阳能领域或半导体领域的单晶炉或多晶炉中作为原料硅块需要 满足两个最基本要求有：重量纯度要求是99.99％-99.9999999％，优选是 99.999％-99.9999999％，最好是99.9999％-99.9999999％。硅块需要有一定的抗 压性能，这样一来硅块就不太容易因移动而散落导致的飞扬的粉尘损坏设备和 操作人员的健康。