[发明专利]一种无黑边高效多晶硅锭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无黑边高效多晶硅锭的制备方法，属于多晶硅铸锭领域。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要是利用GT Solar提供的定向凝固系统进行制备，该方法通常包括加热、熔化、长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，通过对顶部温度和侧边保温罩开度进行控制，使得熔融硅液在坩埚底部获得足够的过冷度凝固结晶。但由于在长晶初期，坩埚底部属于各向同性结构，硅液结晶时初始形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均匀(从几十微米到十几厘米)、位错密度高、坩埚杂质扩散宽度大等问题，越来越难以满足市场对于无黑边、高效率多晶硅片的需求；

针对常规铸锭方式所产生的多晶硅锭存在位错密度高、晶界多且无规则分布、侧壁晶砖黑边宽度宽的问题，技术人员基于控制初始形核来控制硅锭内部位错产生和增殖的目的，开发了一种在坩埚底部铺设碎硅片等小尺寸硅料作为生长用籽晶，通过合理的熔化工艺控制使得坩埚底部铺设的籽晶层硅料不完全熔化，作为引晶源引晶形成晶粒细小且分布均匀的高效多晶硅片，大大降低了硅锭内部的位错密度，有效提升了多晶硅片的光电转换效率，高效多晶硅片的光电转换效率由普通多晶硅片的16.8％～17.0％的大幅提升到17.6％～17.8％之间，且作为籽晶的为碎硅料等低成本硅料，制造成本相较普通硅片仅略有提升，受到了市场的青睐，得到了全面的推广，其中最为出名的如台湾中美矽晶的A4+硅片、赛维的M3硅片、协鑫的S2、S3硅片等；同时针对坩埚自身纯度低，易造成晶砖单边黑边宽度较宽，影响硅锭整体转换效率进一步提升的问题，市场上提出了利用增大坩埚或高纯坩埚来降低红区宽度的方法，虽可将晶砖单边红区宽度由普通晶砖的15～18mm降低到5～10mm左右，但在实际生产过程中也存在这如下问题：

1)利用普通多晶铸锭坩埚，由于坩埚纯度较低，高温下杂质扩散造成晶砖单边杂质扩散宽度(简称“黑边”)较宽，黑边宽度基本在15～18mm之间，既影响了硅锭整体光电转换效率的进一步提升，同时有存在杂质富集区漏电和低效问题，影响了硅锭的整体质量；

2)针对降低晶砖黑边宽度市场上通常采用的其中一种方法为增大坩埚尺寸。为有效降低黑边宽度，一般将坩埚外径尺寸由普通坩埚的878mm增大到900mm，内径则由普通坩埚的840mm增大到860mm，虽可将晶砖单边红区宽度降由普通坩埚的15～18mm低到5～8mm左右，但单锭硅料一次利用率会大幅降低，影响硅料利用率3％～5％左右，且由于坩埚尺寸的增大比例较大导致现行坩埚护板等配套设施均要重新购买，大大提升了生产成本；

3)针对降低晶砖黑边宽度市场上采用的另一种方法为在普通坩埚内壁刷涂高纯涂层，在不降低硅料一次利用率的基础上虽也可将晶砖单边红区宽度降低到5～10mm左右，但由于在坩埚表面处理了高纯涂层造成坩埚内表面粗糙度增大，脱模剂氮化硅涂层粘结强度降低，此类型坩埚易造成粘埚等生产异常发生；

4)无论采用增大坩埚或内壁高纯坩埚，虽均可将晶砖单边黑边宽度由普通坩埚的15～18mm降低到5～10mm左右，但均不能完全去除晶砖黑边，真正达到无黑边多晶硅锭的生产，影响了硅锭整体效率的进一步提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对针对普通坩埚黑边宽度大、增大坩埚单锭硅料利用率低、生产成本高、高纯坩埚易粘埚且无论采用哪种方式均不能做到无黑边多晶硅锭生产的问题，提供一种无黑边高效多晶硅锭的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种无黑边高效多晶硅锭的制备方法，其中，其方法步骤如下：

1)制备高纯石英砂浆料，使用为粒度在100～150目、纯度≥99.995％的单晶坩埚用高纯石英砂和粒度为250～400目、纯度≥99.99％的多晶坩埚用高纯石英砂以1：1～1：5的重量比混合均匀得石英砂，再将石英砂与粘结剂按1：2～1：4的重量比混合、搅拌均匀后得高纯石英砂浆料；

2)制备高纯细砂浆料，使用粒度在550目以上、纯度≥99.99％的多晶坩埚用高纯石英砂与粘结剂按1：2～1：4的重量比混合、搅拌均匀后得高纯细砂浆料；

3)制备氮化硅浆料，由水与α相含量≥90％的氮化硅粉按1：3.5～1：4.5重量比混合，得氮化硅浆料；

4)在多晶铸锭用增大石英坩埚内部侧表面，以喷涂或刷涂的方式涂上高纯石英砂浆料，形成一层高纯涂层；

5)高层涂层表面再使用喷涂或刷涂的方式涂上高纯细砂浆料，形成一层细砂涂层来降低高纯涂层表面的粗糙度，使得坩埚表面粗糙度控制在Ra≤8，并经800～850℃快速烧结1h；