[发明专利]硅锭的制备方法及硅锭

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种硅锭的制备方法及硅锭。

背景技术

目前，在硅锭的生产中普遍采用半熔技术或有籽晶高效多晶技术(小晶粒)。所谓全熔技术的主要工艺为在坩埚底部不铺设碎籽晶，直接将铸锭料装到坩埚中，然后通过熔化长晶等步骤生长多晶硅锭。由于坩埚底部不铺设碎籽，使得长晶初期在坩埚底部的形核率较小，从而导致所生长晶粒的尺寸较大，最终使得所形成电池的效率较低。所谓半熔技术是在坩埚底部铺设碎籽晶，再装入铸锭料，然后通过熔化长晶等步骤生长多晶硅锭。由于熔化过程底部籽晶有所保留，因此在长晶过程会以底部保留籽晶为长晶初始点，这样可以获得较大的形核率，从而获得较小的晶粒，进而在一定程度上降低硅锭整体的位错密度，提升电池效率。

然而，现有的有籽晶高效多晶的生长方法需要要求底部籽晶不能熔化，因此在熔化过程中底部温度要控制的比较低，这样才能保证底部籽晶保留。同时，由于硅料在熔化过程中蓄积大量潜热，在长晶开始之前要释放这部分潜热，所以需要较低的底部温度。当潜热释放到可以长晶时，温度已经控制到比较低，因此长晶初期的长晶速率会比较大，长晶初期较大的长晶速率会使得杂质不能及时的分凝，长晶初期的生长应力不能及时的释放，同时也为位错的延伸生长提供了良好的条件。因此有籽晶高效多晶硅锭的底部红区较高，从而会影响硅块底部硅片的电池效率，进而影响硅锭的出材率。

引起底部红区升高的原因有两方面，第一方面是硅锭底部杂质含量较多(以碳与金属元素居多)，这些杂质会引起硅晶体结构的畸变，从而在硅锭中引起缺陷，而且这些元素会成为较强的复合中心，从而会降低少子寿命，即使得红区比例增大；第二方面是晶体生长的初期由于应力、籽晶空隙等原因，使得晶体内部会存在较大的位错密度，而位错具有衍生性，其会沿着晶体生长的方向延伸生长，造成位错增值，从而造成硅锭的位错密度升高，进而使得底部红区升高。因此，如何提高长晶初期的杂质分凝并降低长晶初期的位错密度，成为本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硅锭的制备方法及硅锭，以提高长晶初期的杂质分凝并降低长晶初期的位错密度，进而提高所形成硅锭的品质技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种硅锭的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使部分第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅；对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅；对第二晶体硅进行退火和冷却，以获得硅锭。

进一步地，硅原料包括籽晶和铸锭硅料，形成第一熔融硅的步骤包括：在坩埚的底部铺设10～20Kg的籽晶，然后在籽晶上装入铸锭硅料；进行加热至铸锭炉的控温点达到1200～1500℃，然后将铸锭炉的侧部隔热笼的高度调至3～7cm，以使得铸锭硅料和部分籽晶熔化形成第一熔融硅。

进一步地，在形成第一熔融硅的步骤中，保持坩埚底部的温度低于硅原料的熔点，并使硅原料以15～25mm/h的速率熔化。

进一步地，形成第一熔融硅之后，剩余的籽晶的高度为7～15cm。

进一步地，籽晶为多晶碎硅料或单晶碎硅料，籽晶的尺寸大小为3～8mm³。

进一步地，在形成第一晶体硅的步骤中，通过将侧部隔热笼的高度调至10～12cm，以降低坩埚底部的温度。

进一步地，在形成第一晶体硅的步骤中，形成高度为硅锭的高度的1/6～1/3的第一晶体硅。

进一步地，形成第二熔融硅的步骤中，通过将铸锭炉的控温点调至1450～1500℃，并保持侧部隔热笼的位置不变，以降低坩埚底部的温度。

进一步地，形成第二熔融硅后，剩余的第一晶体硅的高度为硅锭的高度的1/12～1/8。

进一步地，形成第二晶体硅的步骤中，通过将侧部隔热笼的高度调至12～18cm，并保持铸锭炉的控温点的温度不变，以降低坩埚底部的温度。

进一步地，第二次长晶的速率为5～10mm/h。

同时，本发明还提供了一种硅锭，该硅锭由本发明提供的制备方法制备而成。