[发明专利]一种低碳含量的多晶硅锭以及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅锭，特别是一种低碳含量的多晶硅锭，还涉及了一种低碳含量的多晶硅锭的制备方法。

背景技术

目前的多晶硅锭其碳原子的含量范围一般在1×10¹⁷-8×10¹⁷个原子每立方厘米。

多晶硅锭因为晶体生长的特殊性，其碳杂质的含量呈现不均匀分布，通常呈现头高尾低的分布，如果以碳杂质含量为2×10¹⁷个原子每立方厘米为界限，碳含量杂质按含量分布在高含量区域和低含量区域，其中高含量区域的碳杂质含量高于2×10¹⁷个原子每立方厘米，其中低含量区域的碳杂质含量低于或等于2×10¹⁷个原子每立方厘米。

如果以碳杂质含量为2×10¹⁷个原子每立方厘米为界限，目前的现有的多晶硅锭因为没有采用减少碳含量的各种工艺措施，按硅锭重量百分比，现有的多晶硅锭低含量区域的硅锭重量通常低于50％，甚至低含量区域的硅锭重量低于30％。

碳含量过高，容易导致硅溶液在定向凝固长晶过程中形成碳沉淀物、碳化硅夹杂物、位错等杂质或缺陷，不仅会在多晶硅锭切割工艺中增加断线事故、线痕不良的风险，而且还会导致制作成的电池片漏电率高、转换效率低等问题。

由于目前的多晶硅锭制备工艺是：按配料、装料、将装料坩埚放入定向凝固炉中加热熔融、晶体生长、退火、冷却工序生产得到多晶硅锭，其中将装料坩埚放入定向凝固炉中加热熔融的工序具体为：将多晶硅原料置于石英坩埚内，为了防止石英坩埚在高温下软化，因此采用一块石墨材料制成的底板托住石英坩埚底部，并用几块石墨材料制成的护板来护住石英坩埚的四周；同时为了防止位于石英坩埚上方的石墨加热器中的碳杂质或其他杂质掉入石英坩埚内，造成制备得到的多晶硅锭的碳杂质含量以及其他杂质含量偏高，以及防止液面蒸发气体对加热器的侵蚀，所以现有技术一般采用盖板将几块护板拼接成的口部盖住，同时在盖板上引入惰性气体起保护作用，盖板一般由碳纤维复合材料制备而成；由于石英坩埚装料时，硅原料的堆积高度会高于石英坩埚的平口表面，为了不影响装料工艺，护板的高度比石英坩埚的高度高。

现有技术中，石墨材料制成的护板会与二氧化硅制成的石英坩埚在高温下发生反应产生含碳气体，如一氧化碳及二氧化碳等，这些产生的气体在现有的石英坩埚及护板、盖板的结构中，会流经硅液的表面，从而使碳元素被吸附及溶入硅液中，从而造成生长出的硅锭中的碳含量高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低碳含量的多晶硅锭以及制备方法，可以减少硅锭中的碳含量。

而低碳含量的多晶硅锭对于减少或消除对于硅晶体后续加工的不良影响，以及加工成的太阳能电池片的转换效率低等问题是有帮助的。

本发明经过大量的实验筛选，找到了多晶硅锭中的碳含量偏高的原因，其主要原因是CO气体和CO₂气体长时间地接触硅溶液的表面，使碳元素被吸附及溶解于硅液中，从而造成生长出的硅锭中的碳含量高。

CO气体和CO₂气体产生的主要原因是因为下列反应：

C+SiO₂＝CO↑+SiO(高温条件下)；

C+2SiO₂＝CO₂↑+2SiO(高温条件下)。

C的存在是因为多晶硅锭生产过程中使用的石墨材料制成的护板；SiO₂的存在是因为多晶硅锭生产过程使用的石英坩埚。

当本发明找到了碳含量偏高的原因之后，可以采用多种措施去减少CO气体和CO₂气体对多晶硅锭的危害。

本发明采取的主要措施有下列，这些措施可以单独采用，也可以互相配合使用：

措施A：将护板的最高点的高度设置为低于石英坩埚的最高点，同时采用支撑件将护板与盖板进行连接。支撑件的间隙率设置为30％以上，或者更好是50％以上，90％以上，而最好是98％左右。

当支撑件的间隙率高达98％左右，实际上意味着支撑件变成了位于护板、石英坩埚与盖板之间的支柱。这样的空阔设计，非常有利于CO气体和CO₂气体被惰性气体快速带走，离开石英坩埚，避免与硅液接触，从而可以大幅度的减少多晶硅锭中碳含量。

措施B：护板上设置若干个排气孔，排气孔的最低点低于石英坩埚的最高点，促进碳杂质气体的排出，从而得到低碳含量的硅锭。