[发明专利]一种使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚

说明书

本发明公开了一种使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚，所述坩埚的底座内表面设有氮化硅涂层和阻挡层，所述阻挡层为表面通过等离子体增强化学气相沉积法沉积有Si₃N₄薄膜的太阳能级单晶硅基片。通过本发明提供的使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚铸造的准单晶硅铸锭底部红区宽度可限制到约5mm左右，铸锭的少子寿命大于2μs；有效提高了准单晶硅锭的利用率。将本发明提供的准单晶锭切割成硅片，硅片中的杂质浓度较低，硅片的少子寿命较高，制成电池后的效率较高，其平均转换效率为18～18.5％。

技术领域

本发明属于准单晶硅铸锭领域，具体涉及一种使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚。

背景技术

太阳能作为可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简单、资源广阔等其他常规能源所不具备的优点，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施及一体化节能建筑等方面。而在太阳能发电领域，晶体硅光伏发电系统占据新能源光伏发电市场的主要地位。市场对影响光伏发电的原料——单/多晶硅的品质要求日益严格。

目前的准单晶铸造/多晶铸造过程中，由于高温下坩埚中的杂质如铁、氧、碳等会扩散进入硅锭，其中铁等金属杂质会严重降低硅锭的少子寿命，导致硅锭底部出现较宽的少子寿命小于2μs的区域，即红区。较宽的红区会导致制成的太阳电池片的效率大幅度降低，严重影响铸锭的利用率。

现有降低铸造准单晶硅锭/多晶硅锭底部红区宽度的方法主要有以下几种：1、采用高纯坩埚。2、采用高纯氮化硅涂层。3、采用高纯原料等。但是其降低硅锭底部红区宽度的效果都比较有限，而且采用高纯材料提高了铸锭成本。

专利号为CN104651932B的中国专利公开了一种内壁设有石英砂涂层的多晶石英陶瓷坩埚，以其进行多晶硅铸锭，可有效减少石英陶瓷坩埚内部杂质元素向硅锭内部扩散，实验结果显示，多晶硅铸锭的红区宽度可降至10mm以下。

因此，有必要开发新型涂层或阻挡层材料，有效降低硅锭底部红区宽度，提高准单晶硅锭的利用率，从而推进准单晶硅的光伏产业发展。

发明内容

本发明目的在于提供一种使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚，以其用于准单晶硅铸造可以有效降低硅锭底部红区宽度，提高准单晶硅锭的利用率。

一种使用氮化硅薄膜作为阻挡层的准单晶硅铸锭用坩埚，所述坩埚的底座部内表面设有氮化硅涂层，氮化硅涂层上设有阻挡层，所述阻挡层为表面沉积有Si₃N₄薄膜的基片。

所述阻挡层的制备方法为：在基片上通过等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)沉积Si₃N₄薄膜，反应物为硅烷和氨气，载气为氮气；等离子体增强化学气相沉积法的工艺参数为：沉积温度为350～450℃、沉积压强为120～180Pa，射频功率为20～40W，气体总流量3400～4500sccm，沉积时间为6～20min；

其中，氨气和硅烷的体积比为5～10:1。

所述的基体为太阳能级单晶硅片。太阳能级单晶硅片的纯度为99.9999％，为具有完整点阵结构的硅单晶，几乎无任何杂质，以其作为阻隔层的基片其具有沉积工艺成熟且不影响铸锭生长过程等优点。

本发明所用基片需经经标准RCA清洗、酸洗、水洗、干燥等预处理后使用。作为优选，酸洗过程中所用的酸为5～10％的稀氢氟酸。

本发明通过控制PECVD法的工艺参数，制备得到的薄膜高纯、均匀、致密，薄膜成分和膜厚易于控制。所述Si₃N₄薄膜的厚度为100～200nm。