[发明专利]一种多晶硅锭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将籽晶铺设在坩埚底部，再覆盖多晶硅料，得到装好的硅料；所述籽晶为具有单一晶向的单晶硅；b)将步骤a)得到的装好的硅料依次进行定向凝固生长、退火和冷却，得到多晶硅锭。与现有技术相比，本发明采用具有单一晶向的单晶硅作为籽晶，采用特定制备工艺，实现较好的相互作用，制备得到的多晶硅锭具有一致的晶向，可以降低位错密度，尤其是硅锭中上部的位错密度，从而提高晶体质量和光电转换效率。实验结果表明，采用本发明提供的制备方法制备得到的多晶硅锭具有与籽晶一致的单一晶向；晶体质量好，能够进一步得到多晶硅块及多晶硅片；并且光电转换效率能够到达19.8％以上。

技术领域

本发明涉及多晶硅技术领域，更具体地说，是涉及一种多晶硅锭及其制备方法。

背景技术

在太阳能光伏发电行业中，晶体硅是最广泛使用的太阳电池材料。晶体硅电池使用的基片主要有两种：单晶硅片和多晶硅片。其中，单晶硅片的表面只有一个晶粒，晶粒的晶向固定，主要通过提拉法制备单晶圆棒，然后通过截断、开方、多线切割等工序获得；多晶硅片表面分布有多个晶粒，并且晶粒的大小不一、形状不规则、晶向不一致，主要是通过定向凝固法制备多晶方形硅锭，通过开方、截断、多线切割等工序获得。

单晶硅片表面只有一个晶粒，并且晶向单一，目前主要为(100)晶向。在制作电池时，使用对硅腐蚀速度各向异性的碱溶液制作呈多个金字塔形状的减反射绒面，提高对太阳光线的陷光效果；同时，单晶硅表面反射率小，体内晶体缺陷少，因此单晶硅电池的光电转换效率一般比较高。而单晶硅的缺点是提拉法制备成本高。

制备多晶硅的定向凝固法工艺简单可靠、成本低。但是在这种方法中，晶体成核随机性大，后续通过晶体生长会在硅片表面形成多个晶向不一致的晶粒，如(100)、(110)、(111)、(112)等。由于不同晶向与碱溶液的反应速度不一致，无法形成形貌均匀的绒面，因此只能使用酸溶液制备腐蚀坑作为减反射绒面，陷光作用差。另外，晶体内的多个晶粒在生长过程中，也会相互挤压产生比较多的晶体位错缺陷，这种位错缺陷随着晶体生长高度的增加会迅速繁衍增殖。综上，表面的陷光效果差，体内位错缺陷，导致多晶硅电池在转换效率上落后于单晶硅电池。

为了解决上述技术问题，行业内出现了铸造单晶的技术方案，希望使用定向凝固的方法，生长只有一种晶向的铸造单晶硅片。这种方法可以获得具有单一晶粒和晶向的硅片，也可以使用碱腐蚀的方法制作陷光效果好的减反射绒面。但是这种晶体硅无法解决位错、亚晶界等位错问题，尤其在硅锭的中上部位错缺陷快速增殖，导致电池的光电转换效率低且分散，电池档位多，产业化困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多晶硅锭及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的多晶硅锭具有一致的晶向，可以降低位错密度，尤其是硅锭中上部的位错密度，从而提高晶体质量和光电转换效率。

本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将籽晶铺设在坩埚底部，再覆盖多晶硅料，得到装好的硅料；所述籽晶为具有单一晶向的单晶硅；

b)将步骤a)得到的装好的硅料依次进行定向凝固生长、退火和冷却，得到多晶硅锭。

优选的，步骤a)中所述籽晶和多晶硅料的质量比为1：(10～13)。

优选的，步骤b)中所述定向凝固生长的过程具体为：

b1)将装好硅料的坩埚置于上中下热场中进行加热；

b2)提高上中下热场温度使硅料进行熔化；

b3)缓慢降低上中下热场温度进行长晶，得到多晶硅。

优选的，步骤b1)中所述加热的上热场温度为1100℃～1200℃，中热场温度为1050℃～1150℃，下热场温度为1050℃～1150℃，时间为240min～300min。