[发明专利]一种准单晶硅的铸锭方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种准单体硅的铸锭方法。

背景技术

在快速发展的光伏产业中，高效率及低成本一直是两个主要竞争点，晶体硅作为当前最主要的太阳能电池材料，凭借其电池的高效稳定一直占据着绝对的优势。

单晶硅一般采用直拉法(CZ法)制得，用特定晶向的单晶籽晶进行引晶，经过旋转提拉得到目标晶向的单晶硅棒，所得产品仅含一个晶粒，具有低缺陷、高转换效率等特点，特别是碱制绒方法的广泛应用使得单晶硅电池片更具优势，该方法形成的金字塔型织构化表面大大加强了光的吸收，提高了转换效率。目前，单晶硅电池片大规模生产的转换效率已达18％。但是该方法对原料及操作要求高，且单次投料少，产品成本较高。对于掺硼单晶，由于单晶坩埚中O的引入，使得单晶太阳能电池衰减较大。

多晶硅主要是采用定向凝固方法制得，单次投料量大，具有易操作、低成体等特点，并且石英坩埚内表面氮化硅涂层具有隔离作用，所得的硅锭O含量相对较低，电池片衰减比单晶硅片小很多；但在传统的铸锭条件下，坩埚底部冷却后会出现大量形核点，很难得到超大晶粒，所以在铸锭多晶中往往含有大量晶界及缺陷，且由于各晶粒晶向不一，不能采用各向异性的碱制绒方法进行表面处理，而各向同性的酸制绒方式则很难达到同样的效果，使得多晶硅太阳能电池的转换效率较单晶硅电池约低1.5～2％。

所以，将市场中现有的单晶硅及多晶硅的优势相结合是提高产品竞争力的一个有效途径。美国的BP SOLAR公司围绕这一主题做了较多工作，其专利US2007/0169684A1报道了多种方法，其中有一种方法是将籽晶与硅料分开放置，将熔融硅液倒入铺有籽晶的容器中进行长晶，由于分开两个容器，过程较为复杂，不易操作；另外，中国专利申请200910152970.2也公布了类似的大晶粒铸造多晶硅的制备方法，但其以完全的某一特定晶向的单晶作为籽晶，增加了铸锭成本，不适合大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶硅的铸锭方法，该方法将熔化、长晶等所有过程在同一设备同一坩埚中完成，通过坩埚底部温度和加热器升温速率控制籽晶熔化，该方法成本低、易于操作，适合规模化生产；制备的单晶硅转换效率高，且可作为籽晶重复利用。

为达到上述目的，本发明提供的单晶硅的铸锭方法，包含以下步骤：

(1)选取籽晶铺设在石英坩埚底部，在籽晶上面添加硅料，并根据目标电阻率加入掺杂剂；

(2)将装有上述原料的坩埚置于铸锭炉中进行抽真空并加热，分段升温使上部的硅料熔化，至熔化后期，籽晶开始熔化时，控制加热器温度、坩埚底部温度及坩埚底部的升温速率，使籽晶部分熔化，然后进入长晶阶段；

(3)在长晶阶段，将加热器温度分段降温，使硅晶体沿着未熔化的籽晶方向稳定生长，待硅晶体长成后，经退火、冷却得到大晶粒硅锭；

(4)将大晶粒硅锭经后续处理得到用于制作太阳能电池的准单晶硅。

在上述步骤中：

步骤(1)中所述的籽晶至少一个面平整，可稳定与石英坩埚内底面相接触。

步骤(1)中所述的籽晶还可以为可相互拼接的一块或一块以上的与目标晶体状态相近或相同的单晶块或多晶块。

步骤(1)中所述的籽晶还可以为开方后的多晶硅小方锭经截断制成的多晶硅块或开方后的单晶棒经截断制成的单晶硅块，其厚度为5～50mm。

步骤(1)中所述的籽晶还可以为(100)晶向的单晶块或是以(100)为主要晶向的多晶硅块。

步骤(2)中籽晶开始熔化时，控制加热器温度为1410～1600℃，同时调节坩埚底部温度为1200～1410℃，且坩埚底部升温速率为0.01～0.5℃/min，使籽晶部分熔化，并根据籽晶所需高度结束熔化进入长晶阶段。

步骤(3)中所述的分段降温的过程为：将加热器温度先快速降至1410～1500℃，同时将隔热笼或隔热板以选定速率打开，底部散热实现定向凝固，待界面生长平稳后，再继续分段降温，并以选定速率打开隔热笼或隔热板，使硅晶体沿着未熔化的籽晶方向稳定生长。

步骤(4)中的后续处理含以下工序：开方、检测、去头尾、研磨、倒角和切片。

上述经去头尾处理后所得的硅块经挑选、清洗后可作为籽晶重新利用。

步骤(4)所述的准单晶硅中某一晶向的晶粒面积占整个硅片面积的50％以上。

本发明提供的上述准单晶硅的铸锭方法的具体工艺流程如附图1所示。