[发明专利]用于制备具有对称晶界的硅锭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的用于制造具有对称晶界的硅锭的方法。特别是，这样 的锭可有利地有助于通过切割制备无晶界的单晶硅晶片。

这样的晶片在制备光伏电池和模块的情况下是特别有利的。

背景技术

目前，光伏电池主要由单晶硅或多晶硅制造。晶体硅的最常见的制备链采 用从液体硅浴凝固锭。然后将这些锭切割成可被转换成光伏电池的晶片。

多晶硅锭通常通过熔化硅原料，接着通过定向凝固来制备。该技术有利地 使得使大量的硅结晶成为可能；且可通过改变坩埚的尺寸来调节所制造的锭的 尺寸。

不幸的是，这种高产方法在由此制备的硅锭的结晶结构方面具有一个主要 缺点。事实上，该技术获得具有结晶结构的锭，其特征在于非常大量的不同的 结晶取向和晶粒，而且还在于高密度的位错，这些位错在锭中分布不均匀。因 此，该方法不能有效地获得单晶状(被称为“类单晶”)硅锭，即非常主要地(特 别是90％以上)由单晶材料组成的硅锭。

若干年前，开发了通过定向凝固制备具有改进的结晶结构的类单晶硅锭的 技术，尤其通过更好地控制成核，如由Fujiwara等人的Growthof structure-controlledpolycrystallinesiliconingotsforsolarcellsbycasting,Acta Materialia,54(2006),3191-3197文献中描述的，或其他通过使用单晶晶种覆盖凝 固模具的底部，如在文献WO2007/084934、US2010/0192838、US2010/0193989、 US2010/0193664、WO2009/014963、US2010/0197070和US2013/0095028中提 出的。

然而，使用单晶晶种对于无缺陷的生长是不足的。事实上，为了制备适于 工业坩埚尺寸的类单晶锭，有必要将几个晶种添加到坩埚的底部。不幸的是， 在坩埚的底部彼此靠近放置的晶种，根据它们的尺寸和它们各自的取向差创建 许多晶种边界，这是类单晶锭中缺陷的来源。事实上，所述存在于坩埚底部的 铺面中的晶种边界在晶界的形成之后，这可能与结晶方向不平行，并且其附近 的位错和亚晶界可在通过由在晶种上的再生长的定向凝固获得的类单晶锭中发 展。

因此，晶界从硅锭中晶种边界的初始位置的扩展决不受控制。因此，这些 结晶缺陷可位于所形成的类单晶锭中的不同位置，并且因此位于从切割此锭成 砖形物所得的硅晶片中。

此外，围绕这些边界累积的位错和亚晶界降低了用含有它们的材料制备的 电池的光伏特性(电流、形状因数、电压)，并且，因此可证明对于将由这样的晶 片形成的光伏电池的效率是特别不利的。

因此，仍然需要提供一种使得它可能克服上述缺点的类单晶硅锭的制备方 法。

发明内容

本发明的目的特别在于满足这种需要。

更具体而言，本发明提出了一种用于形成类单晶硅锭的新方法，使得它能 够控制晶界在锭的整个高度上的扩展。

因此，根据本发明的第一个方面，其涉及一种用于制造具有对称晶界的硅 锭的方法，其至少包括由以下组成的步骤：

(i)提供具有纵向轴线(Z)的坩埚，其底部包括由直棱柱形状的单晶硅晶种形 成的铺面(tiling)；和

(ⅱ)通过在与轴线(Z)共线的生长方向的在晶种上的再生长(seeded regrowth)进行硅的定向凝固；

其特征在于，步骤(i)中的所述铺面由两种不同结晶取向的且以连续和交替 方式被定位的晶种A和B形成，

晶种A具有相对于由所述晶种A和B之间的边界所限定的平面P对称于相 邻晶种B的晶格的晶格。

特别是，根据本发明的方法可以是这样的：

-所有或一些晶种是具有长方形-或正方形底部的直块形状，

-晶种的铺面是网格的形式，尤其是分成正方形或长方形，

-晶种A的晶格和相邻晶种B的晶格之间的取向差2θ大于4°，特别是大于 或等于5°，更特别是介于6°至45°之间，和

-其中铺面从相同的晶种获得，晶种B从晶种A获得，晶种A围绕垂直于 晶种侧面的向量之一已经经历180°角度的旋转。

根据一个特别优选的实施方案，本发明的方法至少包括由以下组成的步骤：