[发明专利]多晶硅锭的制备方法、多晶硅锭及多晶硅片

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种多晶硅锭的制备方法。

背景技术

目前多晶铸锭主要通过定向凝固法进行生长，即将硅料熔化后，通过铸锭炉进行单向导热，底部达到一定过冷度后发生成核，控制垂直方向上的温度梯度，使晶核沿着垂直于坩埚底部的方向逐渐生长。在形核初期，晶核为自发形成状态，晶体取向和大小均随机分布，初始状态没有得到控制，且容易产生位错和缺陷，由于位错在初期产生后便随着晶体生长而增殖，所以随着晶粒的长得越大，位错密度就越高。这种成核和生长方式导致了多晶硅片的晶向、晶粒大小和位错缺陷都无法控制，硅片质量较低，进而造成多晶硅片的光电转化效率无法进一步提高。为了控制晶体生长初期形核，现有技术提出了在坩埚底部铺设形核源的方案，但是该形核源一般可与硅料或者坩埚发生反应，形核结晶后无法再次使用。

发明内容

基于此，有必要提供一种能有效利用形核源来控制晶核形成的质量，同时形核源可重复利用的多晶硅锭的制备方法。

一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：

在坩埚底部铺设熔点、密度大于硅且不与硅液及坩埚发生反应的形核源，形成形核源层；

在形核源层上方设置熔融状态的硅料；

控制所述坩埚内的温度沿垂直于所述坩埚底部向上的方向逐渐上升，使得所述熔融状态的硅料在所述形核源上方形核结晶，生成晶体硅锭。

上述多晶硅锭的制备方法中，由于形核源的熔点和密度均高于熔融硅，且不与硅液和坩埚发生反应，在铸锭形核后依然保持形核源本身的特性，因此可以重复利用。

在其中一个实施例中，所述形核源层为一层或多层的复合结构。

在其中一个实施例中，所述形核源层与熔融状态的硅料的接触界面处的材料为二氧化锆、三氧化二铝、氧化镁、氧化钙和氧化钡中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述形核源为单晶或者多晶。

在其中一个实施例中，所述形核源的粒径为1μm～8mm。

在其中一个实施例中，所述形核源层的厚度为1～20mm。

在其中一个实施例中，所述在形核源层上方设置熔融状态的硅料为：在所述形核源层上方装载固体硅料，对所述坩埚进行加热使得所述硅料熔融，此时，所述熔融状态的硅料设置于所述形核源层表面。

在其中一个实施例中，所述在形核源层上方设置熔融状态的硅料为：在另外一个坩埚内加热固体硅料，制得熔融状态的硅料，将所述熔融状态的硅料浇铸至所述铺有形核源层的坩埚内，此时，所述熔融状态的硅料设置于所述形核源层表面。

还提出一种多晶硅锭，所述多晶硅锭是按照前述任一项所述的方法制得。

还提出一种多晶硅片，所述多晶硅片为以前述的多晶硅锭为原料进行开方-切片-清洗后制得。

附图说明

图1为本发明多晶硅锭的制备方法的流程图。

具体实施方式

请参考图1，本发明提供一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤。

步骤S110、在坩埚底部铺设熔点、密度大于硅且不与硅液及坩埚发生反应的形核源，形成形核源层。

形核源的材料选择原则为：选择熔点、密度大于硅，且不会与硅液以及坩埚发生反应的材料作为形核源。本发明中，形核源可以是单晶或多晶结构，其选自二氧化锆、三氧化二铝、氧化镁、氧化钙和氧化钡中的一种或几种。

形核源的粒径为1μm～8mm。形核源层的厚度为1～20mm。形核源层为一层或多层的复合结构。同一层中，可以由一种或多种不同材料的形核源组成。也即：形核源层与熔融硅料接触界面处的材料可以为二氧化锆、三氧化二铝、氧化镁、氧化钙和氧化钡中的一种或几种。

步骤S120、在形核源层上方设置熔融状态的硅料。

至少可通过以下两种方式获得熔融状态的硅料。

方式一、在所述形核源层上方装载固体硅料，对所述坩埚进行加热使得所述硅料熔融，此时，所述熔融状态的硅料设置于所述形核源层表面。方式二、在另外一个坩埚内加热固体硅料，制得熔融状态的硅料，将所述熔融状态的硅料浇铸至所述铺有形核源层的坩埚内，此时，所述熔融状态的硅料设置于所述形核源层表面。