[发明专利]硅晶铸锭及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅晶铸锭(crystalline silicon ingot)及其制造方法，并且特别地，关于其底部为小尺寸硅晶粒且顶部为大尺寸硅晶粒的硅晶铸锭及其制造方法。

背景技术

本发明的相关技术背景，请参考以下所列的文献：

[1]K.Fujiwara，W.Pan，K.Sawada，M.Tokairin，N.Usami，Y.Nose，A.Nomura，T.Shishida，K.Nakajima.“Directional growth method to obtain high quality polycrystalline silicon from its melt”.Journal of Crystal Growth 2006；292：282-285(K.藤原，W.潘，K.泽田，M.Tokairin，N.萨米，Y.摩西，A.野村，T.Shishida，K.中岛。“定向生长的方法来获得其熔体高品质多晶硅。”2006年的晶体生长杂志；292：282-285)；以及

[2]T.Y.Wang，S.L.Hsu，C.C.Fei，K.M.Yei，W.C.Hsu，C.W.Lan.“Grain control using spot cooling in multi-crystalline silicon crystal growth”.Journal of Crystal Growth 2009；311：263-267(T.Y.王，S.L.许，C.C.费，K.M.叶，W.C.许，C.W.蓝。“粮食控制使用多结晶硅晶体生长的当场冷却”。中国2009年的晶体生长杂志；311：263-267)。

实验室等级多晶硅铸造的长晶已经可以达到在坩埚(crucible)底部控制成长晶面树枝状晶(facet dendrite)。例如，上述参考文献[1]提出利用局部过冷(undercooling)先在坩埚底部布满横向长晶，再向上成长柱状结构，其大尺寸硅晶粒具有低缺陷密度(defect density)以及较佳的双晶结构(sigma 3)。因此，根据文献[1]制造的硅晶铸锭，其经切片后的硅晶圆制成太阳能电池，可以获得较高的光电转换效率。

然而，延伸至工业级尺寸时，多晶硅铸造欲以局部过冷控制晶面树枝状晶成长布满于坩埚底部变得较为困难。工业等级多晶硅铸造受到坩埚与整体受热均匀性的影响，增加初始过冷度的控制变异，容易令多晶硅在坩埚底部成长为大晶粒且无较佳双晶结构，并且成为缺陷密度偏高的区域，在成长延伸时更快速增加缺陷密度，致使硅晶铸锭整体晶体质量变差，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较低。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种硅晶铸锭及其制造方法，所述硅晶铸锭及其制造方法能够降低缺陷增加速率，进而让硅晶铸锭整体有较佳的晶体质量，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较高。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种硅晶铸锭，具有一底部，并将与所述底部垂直的方向定义为垂直方向，所述硅晶铸锭包含沿所述垂直方向成长的若干个硅晶粒，将所述底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第一平均晶粒尺寸，所述第一平均晶粒尺寸小于12mm。

将所述硅晶铸锭距离其底部250mm的部位定义为上区域，将所述上区域的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第二平均晶粒尺寸，所述第二平均晶粒尺寸大于14mm。且所述第一平均晶粒尺寸较佳是小于8mm。

所述硅晶铸锭的所述上区域的硅晶粒具有一缺陷密度，所述缺陷密度以缺陷面积比例表示时是小于20％。

上述硅晶铸锭的制造方法，按下述步骤进行：

①、在一坩埚内形成一硅熔汤，将与所述坩埚的底部相垂直的方向定义为垂直方向；

②、控制关于所述硅熔汤的至少一个热场参数，致使从所述硅熔汤中成长若干硅晶粒，所述硅晶粒在所述坩埚的底部内壁成核且沿所述垂直方向成长；

③、继续控制所述至少一个热场参数，直至所述硅熔汤全部凝固以获得所述硅晶铸锭，其中所述硅晶铸锭的底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸小于12mm。