[发明专利]一种提高铸锭单晶硅收率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池领域，尤其是一种在铸锭坩埚底部设置杂质扩散阻挡层，来阻挡杂质向晶锭内的扩散，以此来提高铸锭单晶硅收率的方法。

背景技术

通过具有特定晶向的籽晶来诱导生长铸锭单晶硅是近年来在光伏硅电池领域得到了大幅应用的一种技术，已申请的相关专利有：

（1）专利US2007/0169685(A1)中提到采用<100>单晶硅作为籽晶来诱导生长铸锭单晶硅，认为该种工艺能明显减少或消除缺陷密度，得到晶粒至少大于10cm的晶锭。

（2）专利CN201010284738.7中发明者提出将中心开孔的石英片置于坩埚底部，石英片为梯形体结构，可节省籽晶用量。生长出来的是<100>晶向单晶。

（3）专利CN 201010299013.5中发明者提出采用<111>单晶硅作为籽晶来诱导生成具有<111>晶向的铸锭单晶硅，由于<111>是择优生长方向，因此能得到高比例的铸锭单晶。

在铸锭单晶生长过程中，籽晶部分熔化，在剩余籽晶与已熔化硅液的固液界面上会发生诱导生长，所生长出的类单晶晶向与籽晶晶向一致。未熔化部分的籽晶经历了硅料升温、熔化、长晶和退火四阶段，热历史远远长于普通铸锭多晶的底部硅晶体。实验结果表明，铸锭单晶硅的收率（百分比）低于普通铸锭多晶硅5~8个百分点，大大增加了铸锭单晶硅的生产成本。晶锭底部少子寿命低是造成铸锭单晶收率低的主要原因。比如，按照少子寿命1微秒为截断标准的话，铸锭单晶的截断量达到50~60mm，远高于普通铸锭多晶的15~25mm。上述被截断部分行业内称之为红区，即少子寿命不符合要求的部分。

经分析，铸锭单晶红区较高的原因主要来自坩埚底部的杂质扩散。铸锭用石英坩埚的纯度相对硅料要低得多，坩埚中的杂质会扩散进入硅晶体，作为少子复合中心大大地降低少子寿命，杂质扩散进入硅晶体的总量与温度和扩散时间密切相关，温度越高，时间越久，扩散进入的杂质总量越大，形成的低少子寿命区域越多，晶锭收率越低。铸锭单晶的剩余籽晶经历的热历史较长，因此被扩散进入的杂质总量较大，往往会被作为低少子寿命区域而被截断。

因此，控制坩埚杂质向籽晶内的扩散，对提高铸锭单晶晶锭底部少子寿命、减少底部红区的截断长度、提高晶锭收率有着极其重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种能够控制坩埚杂质向籽晶内的扩散，提高铸锭单晶晶锭底部少子寿命，减少底部红区的截断长度，提高晶锭收率的方法。

本发明所采用的技术方案为：一种提高铸锭单晶硅收率的方法，包括以下步骤：

1）在铸锭坩埚底部设置杂质扩散阻挡层，来阻挡杂质向晶锭内的扩散；

2）将厚度为5~50 mm的单晶硅块紧密排列，作为籽晶铺满坩埚底部；

3）然后依次将硅料、掺杂元素原料置于坩埚中；

4）抽取真空并通入惰性气体N₂或Ar，边抽真空边通入惰性气体；

5）加热坩埚，使作为籽晶的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；

6）定向凝固时，使坩埚底部为冷端，籽晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸锭单晶硅。

具体的说，本发明所述步骤1）中的杂质扩散阻挡层为氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有杂质扩散阻挡功能的形式。所述的杂质扩散阻挡层采用薄膜或硅片，厚度为0.01~5mm；采用板材，厚度为5~20mm；采用粉状物，松装厚度为0.5~20mm；采用架空，则架空的高度为1~20mm。所述的架空是通过支撑物支撑籽晶来达到目的的。

本发明所述的铸锭单晶是指采用单晶籽晶诱导的方法，在定向凝固过程中所产生的单晶。所用的坩埚包括但不局限于常用的石英坩埚。本发明所述的单晶籽晶是指晶向为<100>、<110>、<111>、<112>或由上述晶向籽晶混合拼接而成的。

本发明的有益效果是：基于对坩埚底部杂质向籽晶内部扩散的阻挡，在籽晶底部设置阻挡层；相比未设置扩散阻挡层的铸锭单晶，本发明所制备的铸锭单晶晶锭底部的少子寿命得到了大幅度提高，按相同截断标准，晶锭收率提高了3个百分点以上(绝对差值)。

具体实施方式

实施例1