[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。多晶硅太阳能电池是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，就形成多晶硅。其中，晶核是从母相中最初形成的可以稳定存在的新相的胚胎，是晶体生长的核心。晶粒是晶体生长过程中，结晶物质由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体。

目前，太阳能级多晶硅锭的生产多采用多晶硅定向凝固技术，将硅料高温熔融后通过特殊工艺定向冷凝结晶，即：通过铸锭炉底部石墨底板和散热块散热降温，使熔融态的硅料从底部开始结晶，直至长晶完成，从而达到太阳能电池生产用多晶硅品质的要求。在使用铸锭炉定向凝固技术铸造硅锭时，通过铸锭炉运行加热—化料—长晶—退火—冷却，完成铸锭过程。其中，长晶过程是铸锭工艺的核心过程，具体包括以下步骤：

步骤S11、底部散热窗口迅速打开，使坩埚底部已融化的硅液迅速降温结晶，形成微小晶核。

步骤S12、散热窗口进一步变大，使坩埚底部温度不断降低，坩埚内晶核逐渐结晶变大，直至坩埚内底面硅液全部结晶。

步骤S13、坩埚底部散热窗口继续变大，坩埚底部温度继续下降，直至所有硅液结晶完成。

但是，这样生长的多晶硅锭，晶界分布杂乱，形成的硅锭缺陷分布不均，由此制作的硅片在制绒环节无法腐蚀出均匀的绒面，造成电池片效率较低。

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，通过调整多晶硅铸锭炉长晶段运行工艺，使多晶硅锭结晶形成的晶粒大小均匀，从而制作出晶体缺陷均匀的分散的分布的多晶硅锭，提高多晶硅电池光电转换效率。

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，得到硅液；C、对所述坩埚底部进行降温，使硅液从所述坩埚底部开始结晶，直至形成3毫米～30毫米高度的晶粒层；D、对所述坩埚进行升温，使硅液结晶速度降低至5毫米/小时～25毫米/小时之间，包括端点值；E、对所述坩埚进行降温，使结晶速度保持在步骤D中的结晶速度范围，直至多晶硅锭生长完成；其中，步骤C的结晶速度大于步骤D的结晶速度。

优选的，步骤C中的降温过程包括：在40分钟至80分钟内使坩埚底部温度降低至1220°C～1270°C，包括端点值，使硅液生成晶核。

优选的，步骤C中的降温方法包括：打开坩埚底部散热装置；降低铸锭炉内的加热器功率。

优选的，步骤C运行结束时的结晶速度大于或者等于30毫米/小时。

优选的，步骤D中的升温过程为：使坩埚底部温度升高，且坩埚底部温度小于或等于1280°C，使坩埚底部的晶粒层保持结晶状态。

优选的，步骤D中的升温方法包括：增加铸锭炉内的加热器功率；减小坩埚底部散热装置开度。

优选的，步骤E的结晶过程中，相邻两小时内结晶速度偏差小于15毫米/小时。

优选的，所述晶粒层晶粒最大截面直径小于10毫米。

优选的，步骤C-步骤E的结晶过程中保持所述坩埚内的固液界面基本水平。

优选的，在执行步骤E之后还包括：F、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，执行步骤F之后还包括：G、对多晶硅锭进行降温，在温度降至400℃～450℃，包括端点值，进行硅锭出炉操作。

一种采用上述多晶硅锭制造方法制作的多晶硅锭，所述多晶硅锭单个晶粒横截面积在0.2平方厘米～9平方厘米之间，包括端点值。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：