[发明专利]太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，涉及多晶硅或单晶硅铸锭用方法技术领域。所述方法利用钼制硅单晶棒夹持工具将硅单晶棒按相同晶向阵列排列在钼坩埚与陶瓷环的复合坩埚中，然后向钼坩埚中添加助溶剂（高纯铜粉或者细小的铜块），通过多温区及等离子熔炼使得熔体产生温度梯度凝固。等离子电极一方面提高硅熔体的凝固的界面稳定性，一方面通过铜元素的挥发减少成分过冷度。最终使得单晶块阵列快速凝固为一块整体的准单晶，利用具有高梯度凝固高速率凝固的特性，最后通过破坏陶瓷环来取出硅锭，该方法具有结晶效率高的特点。

技术领域

本发明涉及多晶硅或单晶硅铸锭用方法技术领域，尤其涉及一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法。

背景技术

硅是重要的半导体材料，是制备芯片及集成电路的基础材料之一。随着石油等不可再生能源的枯竭，全世界越来越重视太阳能的应用。由于硅材料在地壳中含量丰富，目前硅材料被认为最为理想的太阳能转换材料，硅基太阳能电池被认为解决能源问题的最佳途径之一。光伏行业的发展，对高质量多晶硅晶体硅的需求越来越大。衬底的尺寸越大制备太阳能电池的成本就越低，但是制备晶体的难度增高。多晶硅因为晶界等原因发光效率要低于准单晶硅。因此，大尺寸低成本的准单晶制备非常有前途，非常有必要开发大尺寸，均匀性更好，更为经济的准单晶硅的制备方法及设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种制备工艺简单、成本低、制备高的硅锭质量高的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装；

给所述制备装置中的炉体抽真空至10^-5Pa，充入惰性气体至0.5MPa，启动所述装置装置中的第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器和第五加热器，直至通过所述炉体顶部的观察窗观察到钼坩埚内若干个硅单晶棒钼夹持工具上的硅单晶棒之间的高纯铜粉或者细小铜块熔化为止，使得第一热偶温度在1062℃-1162℃之间，然后启动等离子电极，同时调节第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器和第五加热器的功率保持熔体温度恒定；通过控制热偶的测试温度控制硅单晶棒的局部熔化程度；

待第二热偶与第一热偶的温度显示稳定后，首先逐步减少第四加热器和第五加热器的输出功率，同时为保证第二热偶的温度恒定，逐步加大等离子电极的功率直至第四加热器和第五加热器输出功率为0；

待第四加热器和第五加热器输出功率为0后，逐步减少第三加热器的功率，同时为保证第二热偶的温度恒定逐步加大等离子电极的功率直至第三加热器输出功率输出为0；

在第四加热器，第五加热器及第三加热器的功率减少的过程中，硅单晶棒不断粗化并相互以小角晶界的形式连接成为一个整体的准单晶硅；待第三加热器的功率减少至0后，硅单晶棒间的硅已经凝固完毕，熔体中主要为铜原子，然后缓慢停止等离子电极、第一加热器及第二加热器的功率。

待晶锭冷却至室温后，将晶锭与陶瓷环一起取出，然后将陶瓷环敲碎，取出晶锭，将晶体上部的铜富集区切掉，即可制备准单晶硅锭。

进一步的技术方案在于：所述太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装方法如下；

将等离子电极和顶部保温套布置到上炉体内；

将硅单晶棒放置到所述硅单晶棒钼夹持工具上，硅单晶棒的排列晶向一致，将硅单晶棒钼夹持工具规则排列放入钼坩埚中，将钼坩埚安装到陶瓷坩埚套内，然后将陶瓷环放入陶瓷坩埚套内部，其下部与钼坩埚的上侧面紧密连接，并将高纯铜粉或者细小的铜块布置在硅单晶棒间；