[发明专利]一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅 片。

背景技术

近年来，太阳能作为一种新兴的可再生绿色能源已经成为了人们开发和研究 的热点。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅成 为行业内最主要的光伏材料之一，并逐步取代传统的直拉单晶硅在太阳能电池材 料市场中的主导地位。

目前，多晶硅锭的制备方法主要为采用GTSolar所提供的定向凝固系统法(简 称DSS)炉晶体生长技术，该方法通常包括加热、熔化、凝固长晶、退火和冷却 等步骤。在凝固长晶过程中，伴随着坩埚底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发 形成随机形核并且随机形核逐渐生长。但由于初始形核没有得到控制，形核过程 中容易产生位错，导致晶向杂乱，晶粒不均匀，因此通过该方法制备得到的多晶 硅锭质量较低，利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低。

针对上述制备方法中容易产生位错的问题，研究人员报道了一种通过在多晶 硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶来生长晶体的方法，经过加热融化并控制坩埚 底部温度使籽晶不被完全融化，使得硅熔体在未被完全融化的籽晶上生长，该方 法制备得到的硅锭晶体相对于使用DSS方法制得的硅锭晶体提高了质量。然而， 该方法具有以下缺点：(1)硅料在熔化过程形成的硅熔体会从坩埚上方顺着硅 料之间的贯通的缝隙流下来进入籽晶的缝隙并凝固形成晶体，导致籽晶形核不易 控制，影响籽晶的引晶效果；(2)硅料之间存在较多贯通的缝隙，缝隙中的气 体含有一些微粒杂质，另外，坩埚本体和硅料中也含有一些杂质，在硅料熔化过 程中，一方面，坩埚中的气体会夹带微粒杂质运动到底部籽晶从而污染籽晶，另 一方面，硅熔体也会携带从坩埚扩散出的杂质以及硅料本身的杂质进入籽晶之间 的缝隙并发生凝固，杂质会对籽晶污染，最终引起位错扩散，导致硅晶体的性能 下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法。本发明在制备多 晶硅锭过程中，在籽晶上方设置了阻挡层，在硅料熔化过程中，阻挡层可以将硅 熔体与籽晶层隔开，提高了籽晶的形核稳定性，同时降低了杂质对籽晶的污染。 本发明还同时公开了一种通过该制备方法获得的多晶硅锭，以及以所述多晶硅锭 为原料制得的多晶硅片。

本发明第一方面提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：

(1)在坩埚底部铺设籽晶，形成籽晶层；

(2)在所述籽晶层上方设置阻挡层，所述阻挡层的熔点小于等于硅的熔点；

(3)在所述阻挡层上方填装硅料，加热使所述硅料熔化形成硅熔体，所述 硅料熔化过程中，所述阻挡层用于阻挡所述硅熔体与所述籽晶层接触，待所述硅 料和所述阻挡层完全熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述籽晶层时，调节 热场形成过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；

(4)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。

现有技术在籽晶层上方填装硅料时，由于硅料一般为粒径较大的块状，铺设 后，硅料之间存在较多贯通的缝隙，在加热使所述硅料熔化形成硅熔体时，所述 硅熔体会顺着这些缝隙直接渗入到籽晶的缝隙中，由于此时坩埚底部的温度较低， 籽晶的缝隙中的硅熔体会爆发性成核、快速凝固形成大量微晶晶体，晶体中的晶 粒大小不均匀，形成的晶体质量较差，后续长晶过程中，硅熔体会以籽晶以及籽 晶缝隙中的晶体为长晶基础进行长晶，导致籽晶的形核不易控制，长出的硅晶体 质量较差。另外，在硅料熔化过程中，一方面，坩埚中的气体会夹带微粒杂质运 动到底部籽晶从而污染籽晶，另一方面，硅熔体也会携带从坩埚扩散出的杂质以 及硅料本身的杂质进入籽晶之间的缝隙并发生凝固生成晶体，杂质会被封闭在晶 体中，难以被分凝出去，这些杂质会对污染籽晶，最终引起位错扩散，导致硅晶 体的性能下降。