[发明专利]用于生产进料材料的连续带状物的方法和设备

说明书

本申请是2007年9月26日提交的申请号为200780036545.6、发明名称为“用于生产晶体硅基板的方法和设备”的中国专利申请的分案申请。

本申请要求于2006年9月28日提交的美国临时专利申请No.60/827246的利益。

技术领域

本发明涉及一种用于生产适用于制造光伏电池的薄的硅基板的方法和设备，并且在它的一个方面，涉及一种用于从它的熔体横向地提拉长的晶体带状物的方法和设备，所述晶体带状物由未加晶种的生长建立起来并且在可强烈变化的热损失辐射控制下实现。

背景技术

这些年来，研发可替代化石燃料的能源已经变得越来越重要。一种这样的替代能源是太阳能，其中光伏电池等将太阳能直接地转变成有用的电能。通常，多个这些光伏电池被封装在透明薄片（例如玻璃、塑料等）和衬底材料薄片之间以形成平坦的、矩形的模块（有时也被称为“层压板”或者“面板”），该模块则又被安装到现有结构（例如房屋、大楼等）的房顶上以提供被该结构所使用的全部或者至少一部分电能。

多数光伏电池由硅基、晶体基板构成。这些基板能够是从硅锭或者从硅的带状物切割的晶片，其中该晶锭或者带状物是由批量的熔融硅“生长”的。在带状晶体生长和太阳能的早期研发中，研制出几种设备以生产具有良好晶体质量的硅衬底(silicon body)或者硅基板。然而，不幸的是，大多数的这些带状物生长设备都过于专注（a）生产完美晶体质量的带状物（例如，厚度通常在200和400微米之间的纯基板形状（net shape of the substrate））或者（b）完善对于连续生长操作而言所必需的熔化和生长的组合。这导致仅仅生长了小的晶体面积，或者作为选择，由于与生长区相接触的双熔体等温线（dual melt isotherm），整个操作是不稳定的。

作为这些努力的一部分，还对于向生长区施加冷却气体、主要为氦气以实现对于所期望的晶体生长而言所需要的适当除热给予了重大关注。然而，在于生长操作期间，维持适当体积的冷却气体方面产生困难。即，在晶体基板的生长期间，不足的气体流动没有允许去除足够的热以使得足够高的生长速率能够易于在经济方面具有竞争力。另一方面，仅仅将冷却气体流动增加至足以实现所需除热的速率导致了破坏了基板的熔体表面的增加的气流，由此阻碍了所期望的平坦晶体薄片的形成。用于改正这个问题的又一尝试包括降低加热器输入功率，但不幸的是，这导致不良的热梯度控制；即保持稳定的晶体生长前沿而不存在形成枝晶的倾向的能力。

最近，已经提出其它方案以克服与硅基、晶体基板的生长有关的上述问题中的一些问题。例如，美国专利4329195描述了一种用于通过使用冷却气体（即氩气和氢气或者氦气的混合物）和晶种开始基板生长而以较高速率生长薄且宽的基板的技术。然而，由硅进料杆对熔融硅的供应加以补充，该硅进料杆则又被安置到产生附近的晶体薄片的同一熔体区中，由此产生引起控制问题的所不期望的双熔体等温线的难题。另一项技术包括在生长期间使得基板与热沉直接接触以对从基板除热进行控制；见美国专利3681033和“Float Zone Silicon Sheet Growth（浮动区硅薄片生长）”（C.E.Bleil，Final Report-DOE Grant No.DE-FG45-93R551901，9/23/93到12/31/96），这可能会在基板的表面中引起不均匀性。

此外，用于形成晶体基板的很多现有技术依赖于形成弯月面（meniscus），以用作生长过程的唯一支撑；见美国专利2927008。然而，很多这种自立式弯月面成形和相关技术使用石墨或者碳化硅模具限定带状物，并且据此具有在变化的条件下提供稳定且均匀的带状物厚度的困难。而且，与这些碳源之一的连续和直接接触促使熔体污染并且限制了最终的太阳能电池的性能。这些类型的技术也依赖于从熔体竖直提拉，并且因为热将沿着垂直于生长前沿的生长中的带状物的长度损失，所以能够被去除的总热量受到严重地限制。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于生产进料材料的连续带状物的设备，所述设备包括：用于熔化所述进料材料的熔体腔室，所述熔体腔室具有出口；被安置为从所述熔体腔室的所述出口接纳熔化的进料材料的生长托盘；和位于所述熔体腔室的所述出口下游的除热装置，该除热装置与所述生长托盘中的所述熔化的进料材料隔开但是与该熔化的进料材料热连通，所述除热装置包括可调节装置，该可调节装置适于调节从所述生长托盘中的所述熔化的进料材料中辐射的热量。