晶体硅锭的制备方法与流程

本申请涉及光伏制造技术领域，特别涉及一种晶体硅锭的制备方法。

背景技术：

晶体硅太阳能电池主要包括单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池，其中，单晶硅片通过单晶硅棒切割得到；多晶硅片则通过坩埚铸锭，再开方、切割得到。相较而言，多晶硅片具有成本低、产率高等优点，但相应的多晶电池片转换效率会低于单晶电池片。类单晶铸锭是通过定向凝固铸造方法得到类单晶硅锭，较之提拉法制造单晶硅棒具有更高的性价比，近年也成为业内积极研究开发的方向。

类单晶铸锭具体通过在坩埚底部铺设一层籽晶，再将硅料装填至坩埚内并进行加热，加热过程中通过温场控制使得籽晶不被完全熔化，并通过单晶诱导的方式使得熔融硅料自底部的籽晶位置向上逐渐完成晶体生长。上述晶体生长过程中，坩埚壁含有的杂质如铁、氧、碳等会在晶体生长过程中进入硅锭，影响硅锭质量。业内现多通过提高坩埚质量、采用高纯度氮化硅涂层等方式改善上述问题，但都会在很大程度上增加类单晶铸锭的工艺成本。

鉴于此，有必要提供一种新的晶体硅锭的制备方法。

技术实现要素：

本申请目的在于提供一种晶体硅锭的制备方法，能够降低晶体硅锭的杂质含量，提高硅锭质量，且结构简洁，易于推广实施。

为实现上述目的，本申请提供一种晶体硅锭的制备方法，主要包括：

在坩埚底部设置隔离层，所述隔离层具有支撑部与间隙部；

在隔离层上方铺设籽晶层，所述籽晶层包括若干相邻排布的籽晶，且使得相邻所述籽晶的接缝偏离所述间隙部；

将硅料放入坩埚，加热至硅料熔化，再经定向凝固得到晶体硅锭。

作为本申请的进一步改进，所述“设置隔离层”包括获取若干厚度一致的硅片，并将所述硅片铺设在坩埚底部。

作为本申请的进一步改进，所述硅片包括第一硅片与第二硅片，所述“设置隔离层”具体包括提供原始硅片，将原始硅片切割得到第一硅片与第二硅片；

将若干第一硅片沿第一方向依次连续拼接得到第一硅片组，将若干第二硅片沿第一方向间隔排布形成第二硅片组；

将所述第一硅片组、第二硅片组沿垂直于第一方向的第二方向间次排布得到所述隔离层，所述第一硅片、第二硅片共同形成支撑部，所述第二硅片组中相邻两第二硅片之间形成间隙部。

作为本申请的进一步改进，所述第一硅片、第二硅片均呈矩形，所述第一硅片沿第二方向的宽度、所述第二硅片沿第一方向的宽度均设置为40～80mm。

作为本申请的进一步改进，所述制备方法还包括将所述原始硅片或由所述原始硅片切割得到的第一硅片、第二硅片进行清洗。

作为本申请的进一步改进，将若干籽晶铺设在所述隔离层上，并使得相邻所述籽晶的接缝与相邻所述硅片的接缝呈错位设置。

作为本申请的进一步改进，在坩埚底部铺设至少两层硅片，得到所述隔离层。

作为本申请的进一步改进，所述“在隔离层上方铺设籽晶层”包括提供若干方块籽晶，将若干方块籽晶沿水平方向排布在所述隔离层上方，得到正四边形的籽晶层，其中，相邻所述方块籽晶的接缝位于所述支撑部上方。

作为本申请的进一步改进，所述籽晶层的边缘位于所述支撑部上方。

本发明的有益效果是：采用本申请晶体硅锭的制备方法，所述支撑部对应相邻籽晶的接缝设置并用以支撑所述籽晶层，所述间隙部则在籽晶底部与坩埚之间形成阻断空间，在晶体硅锭的制备过程中减少坩埚中的杂质向上扩散至籽晶及晶体硅锭内部，所述隔离层也能避免坩埚底部可能存有的微尘自相邻籽晶的接缝进入上方晶体生长区域，有效提高晶体硅锭的质量。且所述制备方法易于实施，具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本申请制备方法的隔离层的排布示意图；

图2为本申请制备方法在隔离层上铺设籽晶层后的平面示意图；

图3为本申请制备方法在坩埚底部设置籽晶层结构的示意图；

图4(a)为本申请制备方法一较佳实施例的第一硅片的切割方法；图4(b)为该实施例的第二硅片的切割方法；

图5(a)为本申请制备方法另一较佳实施例的第一硅片的切割方法；图5(b)为该实施例中第一硅片及第二硅片的切割方法。

100-籽晶层结构；10-籽晶层；11-籽晶；20-隔离层；21-支撑部；211-第一硅片；212-第二硅片；22间隙部；200-坩埚。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

参图1至图3所示，本申请提供的晶体硅锭的制备方法，主要包括：

在坩埚200底部设置隔离层20，所述隔离层20具有支撑部21与间隙部22；

在隔离层20上方铺设籽晶层10，所述籽晶层10包括若干相邻排布的籽晶11，且使得相邻所述籽晶11的接缝偏离所述间隙部22，所述籽晶层10、隔离层20共同形成籽晶层结构100；

将硅料放入坩埚200，加热至硅料熔化，再经定向凝固得到晶体硅锭。

其中，所述支撑部21对应设置在相邻所述籽晶11的接缝下方并用以支撑所述籽晶层10，所述间隙部22偏离相邻所述籽晶11的接缝设置。在晶体硅锭的制备过程中，所述支撑部21能够阻止坩埚200底部的微尘加热过程中沿相邻籽晶11的接缝向上进入晶体生长区域。并且，所述支撑部21能够阻止熔融硅料进入所述间隙部22，即在所述籽晶11的底部与坩埚200之间形成相应的隔断区域，后续晶体生长过程中，能够减少坩埚200中的氧、碳等杂质直接扩散进入籽晶11及上方的晶体硅锭。

本实施例中，所述隔离层20包括铺设在相应的坩埚200底部的若干厚度一致的硅片，即所述支撑部21由若干相互拼接且厚度一致的硅片构成。具体地，所述“设置隔离层200”包括选取若干厚度一致的原始硅片，切割得到第一硅片211与第二硅片212；

再将若干第一硅片211沿第一方向依次连续拼接得到第一硅片组，将若干第二硅片212沿第一方向间隔排布形成第二硅片组；

将所述第一硅片组、第二硅片组沿垂直于第一方向的第二方向间次排布得到所述隔离层20，所述第一硅片211、第二硅片212共同形成支撑部21，所述第二硅片组中相邻两第二硅片212之间形成间隙部22。

所述第一硅片211、第二硅片212均设置呈矩形，以便于拼接。其中，所述第二硅片212沿第二方向相对的两侧边均与相邻第一硅片组中相应的第一硅片211相接，所述第二硅片组中相邻第二硅片212之间构成所述间隙部22。

所述第一硅片211、第二硅片212的宽度可以相同或不同。所述第一硅片211的宽度是指该第一硅片211沿第二方向延伸的短边长；所述第二硅片212的宽度是指第二硅片沿第一方向延伸的边长。此处，所述第一硅片211、第二硅片212的宽度均设置为40～80mm。所述第一硅片211、第二硅片212的宽度太大，则间隙部22变小，其隔绝性能受直接影响；反之，若第一硅片211、第二硅片212的宽度太小，则会影响籽晶11铺设的稳定性，增加籽晶铺设难度，还使得自相邻籽晶11的接缝向下流动熔融硅料可能进入相应的间隙部22。因此，需要根据实际铸锭工艺需求对所述第一硅片211、第二硅片212的宽度进行合理设计。

此处，所述籽晶11采用尺寸一致的方块籽晶，且若干所述籽晶11沿水平方向阵列排布呈正四边性的籽晶层10。相邻所述籽晶11的接缝与相邻所述硅片的接缝呈错位设置，主要是指沿第一方向相邻的籽晶11之间形成的接缝与第一硅片组中相邻第一硅片211的接缝错开设置，以避免熔融硅料直接进入间隙部22，影响所述间隙部22的隔绝性能。并且，沿第二方向相邻籽晶11的接缝优选位于第一硅片211的中间位置；沿第一方向相邻籽晶11的接缝优选位于相应的第二硅片212的中间位置，且上述沿第一方向相邻籽晶11的接缝的末端位于第一硅片211上。

相应地，所述“在隔离层20上方铺设籽晶层10”具体包括将若干籽晶11沿水平方向紧密排布在所述隔离层20上方，得到正四边形的籽晶层10，并使得所述籽晶层10的边缘及相邻所述籽晶11的接缝均位于所述支撑部21上方。

除此，所述隔离层20沿水平方向还超出所述籽晶层10设置，即使得所述籽晶层10的边缘位于所述支撑部21上方。铸锭过程中，熔融硅料不会自籽晶层10的底部边缘进入边缘位置的籽晶11下方，利于保证边缘位置的籽晶11上方对应生长的晶体硅锭的质量。另，所述籽晶层10与坩埚200的侧壁呈间隙设置，特别地，可使得所述隔离层20的边缘与坩埚200侧壁相接，以更有效的阻挡坩埚200底部可能存在的微尘窜升至上方硅料中，进而在后续铸锭得到的晶体硅锭中产生相应的杂质缺陷。

所述制备方法还包括将所述原始硅片或由所述原始硅片切割得到的第一硅片211、第二硅片212进行清洗，具体可采用酸溶液、碱溶液进行清洗，去除表面损伤层及杂质，并在干燥后再进行铺设。

上述原始硅片采用大致呈正四边形的单晶、类单晶硅片，参图4(a)、4(b)所示，将上述原始硅片等分切割即可得到相应的第一硅片211与第二硅片212。此处，所述第一硅片211、第二硅片212的宽度均为原始硅片边长的1/2。

参图5(a)、5(b)所示，在本申请的另一实施例中，所述原始硅片可进行三等分切割得到相应的第一硅片211，或将原始硅片沿1/3位置切割得到第一硅片211，再将剩余的部分沿其长边三等分切割得到第二硅片212。

通常地，所述原始硅片与所述籽晶11两者的边长一致或相接近的情况下，所述第一硅片211、第二硅片212的宽度与原始硅片边长的比值介于1/3～1/2。当然，上述切割方式仅用于具体说明本申请的具体实施过程，实际应用中，能够根据坩埚200的设计、籽晶10及原始硅片的规格进行第一硅片211、第二硅片212的切割与拼接。

在本申请的其它实施方式中，所述支撑部21还可以采用层叠设置的至少两层硅片构成，两层所述硅片的排列方式可以相同或不同，即在坩埚200底部层叠铺设至少两层硅片。优选地，每一层所述硅片的晶向与厚度相一致，以避免所述支撑部21出现高度不均，影响所述籽晶11的堆叠，甚而造成局部相邻籽晶11的接缝过宽，影响后续铸锭质量。

综上所述，所述籽晶层结构100通过支撑部21承载相应的籽晶11并阻止熔融硅料向下流动至间隙部22内，所述间隙部22在籽晶11底部与坩埚200之间形成阻断空间，减少坩埚200中的杂质向上扩散至籽晶11及晶体硅锭中。所述隔离层20也能避免坩埚200底部可能存有的微尘自相邻籽晶11的接缝向上窜升，有效提高晶体硅锭的质量。并且，本申请制备方法无需对现有设备与工艺进行过多调整升级，易于实施，具有较高的应用价值。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。