一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及多晶硅鑄錠領(lǐng)域，尤其涉及一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，太陽能作為一種新興的可再生綠色能源已經(jīng)成為了人們開發(fā)和研究的熱點。伴隨著太陽能電池業(yè)的快速發(fā)展，成本低且適于規(guī)?；a(chǎn)的多晶硅成為行業(yè)內(nèi)最主要的光伏材料之一，并逐步取代傳統(tǒng)的直拉單晶硅在太陽能電池材料市場中的主導(dǎo)地位。
[0003]目前，多晶硅錠的制備方法主要為采用GTSolar所提供的定向凝固系統(tǒng)法(簡稱DSS)爐晶體生長技術(shù)，該方法通常包括加熱、熔化、凝固長晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長晶過程中，伴隨著坩禍底部的持續(xù)冷卻，熔融狀態(tài)的硅料自發(fā)形成隨機(jī)形核并且隨機(jī)形核逐漸生長。但由于初始形核沒有得到控制，形核過程中容易產(chǎn)生位錯，導(dǎo)致晶向雜亂，晶粒不均勻，因此通過該方法制備得到的多晶硅錠質(zhì)量較低，利用該多晶硅錠制得的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低。
[0004]針對上述制備方法中容易產(chǎn)生位錯的問題，研究人員報道了一種通過在多晶硅錠生長爐內(nèi)的容器底部鋪設(shè)籽晶來生長晶體的方法，經(jīng)過加熱融化并控制坩禍底部溫度使籽晶不被完全融化，使得硅熔體在未被完全融化的籽晶上生長，該方法制備得到的硅錠晶體相對于使用DSS方法制得的硅錠晶體提高了質(zhì)量。然而，該方法具有以下缺點:(1)硅料在熔化過程形成的硅熔體會從坩禍上方順著硅料之間的貫通的縫隙流下來進(jìn)入籽晶的縫隙并凝固形成晶體，導(dǎo)致籽晶形核不易控制，影響籽晶的引晶效果；(2)硅料之間存在較多貫通的縫隙，縫隙中的氣體含有一些微粒雜質(zhì)，另外，坩禍本體和硅料中也含有一些雜質(zhì)，在硅料熔化過程中，一方面，坩禍中的氣體會夾帶微粒雜質(zhì)運動到底部籽晶從而污染籽晶，另一方面，硅熔體也會攜帶從坩禍擴(kuò)散出的雜質(zhì)以及硅料本身的雜質(zhì)進(jìn)入籽晶之間的縫隙并發(fā)生凝固，雜質(zhì)會對籽晶污染，最終引起位錯擴(kuò)散，導(dǎo)致硅晶體的性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種多晶硅錠的制備方法。本發(fā)明在制備多晶硅錠過程中，在籽晶上方設(shè)置了阻擋層，在硅料熔化過程中，阻擋層可以將硅熔體與籽晶層隔開，提高了籽晶的形核穩(wěn)定性，同時降低了雜質(zhì)對籽晶的污染。本發(fā)明還同時公開了一種通過該制備方法獲得的多晶硅錠，以及以所述多晶硅錠為原料制得的多晶硅片。
[0006]本發(fā)明第一方面提供了一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)在坩禍底部鋪設(shè)籽晶，形成籽晶層；
[0008](2)在所述籽晶層上方設(shè)置阻擋層，所述阻擋層的熔點小于等于硅的熔點；
[0009](3)在所述阻擋層上方填裝娃料，加熱使所述娃料恪化形成娃恪體，所述娃料恪化過程中，所述阻擋層用于阻擋所述硅熔體與所述籽晶層接觸，待所述硅料和所述阻擋層完全熔化后形成的固液界面剛好處在或深入所述籽晶層時，調(diào)節(jié)熱場形成過冷狀態(tài)，使所述硅熔體在所述籽晶層基礎(chǔ)上開始長晶；
[0010](4)待全部硅熔體結(jié)晶完后，經(jīng)退火冷卻得到多晶硅錠。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)在籽晶層上方填裝硅料時，由于硅料一般為粒徑較大的塊狀，鋪設(shè)后，硅料之間存在較多貫通的縫隙，在加熱使所述硅料熔化形成硅熔體時，所述硅熔體會順著這些縫隙直接滲入到籽晶的縫隙中，由于此時坩禍底部的溫度較低，籽晶的縫隙中的硅熔體會爆發(fā)性成核、快速凝固形成大量微晶晶體，晶體中的晶粒大小不均勻，形成的晶體質(zhì)量較差，后續(xù)長晶過程中，硅熔體會以籽晶以及籽晶縫隙中的晶體為長晶基礎(chǔ)進(jìn)行長晶，導(dǎo)致籽晶的形核不易控制，長出的硅晶體質(zhì)量較差。另外，在硅料熔化過程中，一方面，坩禍中的氣體會夾帶微粒雜質(zhì)運動到底部籽晶從而污染籽晶，另一方面，硅熔體也會攜帶從坩禍擴(kuò)散出的雜質(zhì)以及硅料本身的雜質(zhì)進(jìn)入籽晶之間的縫隙并發(fā)生凝固生成晶體，雜質(zhì)會被封閉在晶體中，難以被分凝出去，這些雜質(zhì)會對污染籽晶，最終引起位錯擴(kuò)散，導(dǎo)致硅晶體的性能下降。
[0012]本發(fā)明第一方面提供的多晶硅錠的制備方法，在籽晶層上方設(shè)置了阻擋層，所述硅料熔化過程中，所述阻擋層用于阻擋所述硅熔體與所述籽晶層接觸，硅熔體流到所述阻擋層上方后，會在阻擋層上方凝固，避免硅熔體與籽晶的接觸，待硅熔體形成的固液界面剛好處在或深入所述籽晶層時，此時進(jìn)入了長晶程序，由于硅料熔化完全后的固液界面處溫度與坩禍底部溫度相差較小，此時硅熔體進(jìn)入籽晶的縫隙后，凝固的速度較慢，硅熔體的凝固分凝作用將雜質(zhì)排往籽晶上方，長出的晶體質(zhì)量較好，籽晶的形核界面位錯較少，可以減少后續(xù)晶體生長過程中的位錯增殖，以該籽晶為基礎(chǔ)制得的多晶硅錠的質(zhì)量較好。另外，設(shè)置了阻擋層后，直接切斷了坩禍其他中微粒運動的通道，減少了籽晶與爐內(nèi)雜質(zhì)氣氛的接觸。同時也減少了坩禍以及硅熔體中的雜質(zhì)滲透到籽晶中。另外，當(dāng)硅熔體與籽晶接觸時，硅熔體會溶解籽晶表面的雜質(zhì)，并通過硅熔體的凝固分凝作用將雜質(zhì)排往籽晶上方，最終將這些雜質(zhì)通過硅熔體對流作用將其從引晶界面帶走，故此時籽晶之間縫隙處新生成的硅多晶缺陷較少，從而減少引晶界面處晶體缺陷，優(yōu)化后續(xù)長晶質(zhì)量從而使得到的多晶硅錠中的缺陷較少、位錯較少。
[0013]優(yōu)選地，所述阻擋層沿垂直于所述坩禍底部的方向上沒有貫通的縫隙。
[0014]所述阻擋層可以很好地保護(hù)籽晶，避免硅料熔化過程中，硅熔體通過貫通的縫隙進(jìn)入籽晶層并與籽晶接觸。
[0015]所述阻擋層材料的形狀和大小不做特殊限制，能夠鋪設(shè)在籽晶層上方且得到垂直于所述坩禍底部方向上沒有貫通的縫隙的阻擋層即可。
[0016]優(yōu)選地，所述硅料熔化過程中，控制熱場避免所述籽晶被完全熔化。
[0017]優(yōu)選地，所述籽晶為單晶硅或多晶硅。
[0018]優(yōu)選地，所述籽晶的形狀為塊狀、片狀和顆粒狀中的至少一種。
[0019]優(yōu)選地，當(dāng)所述籽晶為多晶硅時，所述籽晶層中含有縫隙。
[0020]當(dāng)本發(fā)明籽晶層中含有縫隙時，在籽晶層上方鋪設(shè)阻擋層時，所述阻擋層中的材料不會或很少落入籽晶層的縫隙中，從而避免阻擋層材料對籽晶的污染。
[0021]優(yōu)選地，籽晶層的厚度為15-30mm。
[0022]優(yōu)選地，當(dāng)所述硅料和所述阻擋層完全熔化后形成的固液界面深入所述籽晶層時，未熔化的籽晶層高度為5mm-25mm0
[0023]更優(yōu)選地，當(dāng)所述硅料和所述阻擋層完全熔化后形成的固液界面深入所述籽晶層時，未熔化的籽晶層高度為10-15mmo
[0024]優(yōu)選地，通過將石英棒插入到坩禍中以測試固液界面的位置。
[0025]優(yōu)選地，所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀、條狀和不規(guī)則狀材料中的至少一種。
[0026]更優(yōu)選地，當(dāng)所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀或條狀材料時，所述片狀、塊狀和條狀材料的最短邊長度大于等于50mm。
[0027]進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀或條狀材料時，所述片狀、塊狀和條狀材料的最短邊長度為50mm-200mm。
[0028]進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀或條狀材料時，所述片狀、塊狀和條狀材料的最短邊長度為50mm-100mm。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀或條狀材料時，所述片狀、塊狀和條狀材料的最短邊長度為100mm-200mm。
[0030]邊長指的是長或?qū)挘疃踢呴L度指的是所述阻擋層材料長或?qū)挼淖疃涕L度。
[0031]優(yōu)選地，當(dāng)所述阻擋層材料選自不規(guī)則狀材料時，所述不規(guī)則狀材料的長徑比大于等于1。
[0032]更優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1-100。
[0033]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1-50。
[0034]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為5-30。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1-20。
[0036]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為5-10。
[0037]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1.5-10。
[0038]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1.5-5。
[0039]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比為1.5-3。
[0040]更優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的最大邊長度為5-15mm。
[0041]邊長指的是長或?qū)?，最大邊長度指的是所述不規(guī)則狀材料長或?qū)挼淖畲箝L度。
[0042]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述不規(guī)則狀材料的長徑比的范圍在1.5-3之間，最大邊長度為10_15mmo
[0043]當(dāng)所述阻擋層材料選自形狀為片狀、塊狀、條狀材料或不規(guī)則狀材料時，這些形狀的材料覆蓋在籽晶層上方時不會落入籽晶之間的空隙，避免在籽晶層中引入雜質(zhì)。<