[发明专利]多晶硅锭及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及多晶硅锭及其制造方法。

背景技术

太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。

目前国际太阳能电池按材料区分，主要有单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）等几种类型。多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率效率高于非晶硅薄膜电池，而成本远低于单晶硅电池。因此，多晶硅太阳能电池的生产技术，也是当今人们十分关注的焦点。

多晶硅，是单质硅的一种形态，其生长过程为：熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，而这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅锭，作为多晶硅太阳能电池的衬底材料，由于其通常含有较多的位错、杂质等缺陷，成为制约电池片的转换效率的一个重要因素。

目前，多晶硅锭的制备多采用多晶铸锭炉，多晶铸锭炉是一种用于生产多晶硅锭的加热设备，通过调节顶部加热电机功率、底部散热和隔热笼的升降来控制多晶硅锭的生长过程。现有技术制备多晶硅锭的主要过程包括：熔化、生长、冷却三个阶段。具体步骤如下：

步骤S11：熔化过程，使硅料全部熔化为熔融的液态硅。

步骤S12：生长过程，使熔融的液态硅结晶为固态硅。

步骤S13：冷却过程，使生长的多晶硅锭降温，出炉。

但是，在实际生产过程中发现，采用上述生长工艺制作出的多晶硅锭缺陷多，质量差，制约采用其生产的太阳能电池的转换效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多晶硅锭及其制造方法，通过在生长过程初期增加一次的回熔过程，大大减少了多晶硅锭的位错缺陷，增强了生长过程中的杂质分凝作用，提高了多晶硅锭产品的质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多晶硅锭制造方法，包括以下步骤：

A、将硅料直接装载到多晶铸锭炉的坩埚内；

B、对所述坩埚进行加热，全部熔化所述硅料；

C、对所述坩埚进行降温，使熔化的硅料从所述坩埚底部开始结晶；

D、当多晶硅锭生长的高度为20mm~60mm时，包括端点值，控制所述多晶铸锭炉内部的热场，对已生长的多晶硅锭进行回熔，该回熔过程保持所述坩埚底部的部分多晶硅锭为固态；

E、对所述坩埚进行降温，直至多晶硅锭生长完成。

优选的，步骤D的回熔过程中保持所述坩埚底部部分多晶硅锭的高度为10mm~40mm，包括端点值。

优选的，步骤D的回熔过程中保持所述坩埚内的固液界面基本水平。

优选的，步骤E中，多晶硅锭的生长速度为12mm/h~14mm/h，包括端点值。

优选的，步骤C中对所述坩埚进行降温的方式至少包括以下几项中的一项：

打开所述多晶铸锭炉底部的散热装置进行散热；

降低所述多晶铸锭炉内的加热器的功率；

隔热笼上升。

优选的，步骤Ｃ-步骤E的过程中，所述坩埚底部的散热装置持续打开。

优选的，步骤D中控制所述多晶铸锭炉内的热场的方法包括：

控制隔热笼下降至所述多晶硅锭回熔所需的高度；

增大所述多晶铸锭炉内的加热器的功率。

优选的，步骤D中所述多晶铸锭炉内的温度升高100℃~150℃，包括端点值。

优选的，在执行步骤B之前还包括：对铸锭炉内部热场和硅料进行预热。

优选的，在执行步骤E之后还包括：对已生长完成的多晶硅锭进行退火，以消除多晶硅锭内应力。

优选的，对已生长完成的多晶硅锭进行退火之后还包括：对多晶硅锭进行降温，在温度降至400℃~450℃，包括端点值，出炉。

一种采用上述方法生产的多晶硅锭，所述多晶硅锭的位错密度数量级在10⁵以下。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明将现有技术的多晶硅锭生长过程增加了一步回熔过程，通过对初期快速生长的多晶硅锭进行回熔，使前期结晶形成的各种缺陷重新排布，减少了初期生长的多晶硅锭的位错缺陷。由于初期位错缺陷减少，使得后续的生长过程更加优质高效，大大减少了后期生长的多晶硅锭的位错缺陷。