专利名称：晶体形成方式及装置的制作方法
技术领域：
本发明有关有多晶硅晶体成型方法及装置的改良，旨在解
钝性晶界，导致由多晶硅晶体切片成型的芯片电钝性及光电转 化效率较低的课题。
背景技术：
按，太阳能光电池属半导体的一种，故又称为太阳能芯片，硅
(silicon)为目前通用的太阳能电池的原料代表，其发电原理为将太阳光 能转换成电能。太阳能光电基板(Solar PV Cell)的芯片材质有很多种， 大致上可分为单晶硅(Monocrystalline Silicon)、 多晶硅 (Polycrystalline/Multicrystalline Silicon)、非晶娃(Amorphous Silicon),以 及其它非硅材料，其中以单晶硅及多晶硅两类最为常见；而，单晶硅
的组成原子均按照一定的规则，产品转换效率较高，但相对的制造成 本也较为昂贵，虽然早期市场的产品仍以单晶硅为主，但由于单晶硅 的生产成本较高，加上近年来多晶硅的技术进展很快，使得多晶硅的 转换效率大幅的提高，在低成本的优势下，多晶硅已有取代单晶硅产 品的趋势。
而目前业界所普遍采用的多晶硅晶体制造技术如图l所示，于坩锅 A内将长晶的液相原料放入，在坩锅A两侧加热器Al及坩锅A底层散热 板A2的作用下，使坩锅A底层形成无数初成核l,并且令该初成核l以 单向凝固向上成长而形成一如图2所示的完整多晶硅晶体10 ，该多晶 硅晶体10最后采用横向切割、研磨、抛光和切片成为既定尺寸的芯片 底材，以供制作成太阳能芯片。
再者，多晶硅晶体的各初成核之间由"晶界"所区隔，利用上述 既有技术所成型的多晶硅晶体因为初成核的体积无法大型化，配合参照图3所示，将使得习有多晶硅晶体10单位面积中具有较多数量的初成 核l,相对的晶界ll的数量也较多，导致利用此多晶硅晶体10所切片成 型的芯片光电转化率低。
另外，习有制造技术所生产的多晶硅晶体其晶界多半属于活性晶 界，电子电洞经过活性晶界的区域就会被抓住，不能够发电，成为无 效的区域；但如果经过的是电钝性晶界区域，电子电洞就不受影响， 效能就如同单晶 一样。因此如何控制电钝性晶界或减少活性晶界对多 晶硅晶体制造技术来讲是非常重要的。
发明内容
本发明的主要目的即在解决既有习知技术所成型无法使初成核的 体积大型化，导致由多晶硅晶体切片成型的芯片电钝性及光电转化效 率较低的课题，亦即能够有效降低芯片的电阻，并可提升电钝性，进 而增加芯片的光电转换效率。
为达上揭目的，本发明主要透过对坩锅底层施以局部高冷却方式， 使液相原料的径向延伸方向形成复数的温度差异区，以控制各初成核 的形成位置及生长方向，使各初成核向上成长而形成的完整多晶硅晶 体具有较高的电钝性以及单位横切面积晶界数量较少的特性甚至于， 可进一步采用沿着初成核成长方向纵向切割的方式完全减少晶界。
本发明的功效之一，在于能够提升电钝性，使多晶硅晶体内部的 电子电洞不会受到影响，以增加芯片的光电转换效率。
本发明的功效之二，在于减少晶界即减少芯片内部杂质，因此同 样能够增加芯片的光电转换效率。
图1为习有晶体成型技术的初成核形成状态示意图； 图2为利用习有晶体成型技术所完成的多晶硅晶体外观示意图； 图3为利用习有晶体成型技术所完成的多晶硅晶体横切面结构示 意图；图4为本发明的成型装置结构示意图； 图5为本发明的成型装置放大结构示意图； 图6为本发明的另一成型装置结构立体图； 图7为本发明的初成核形成状态示意图； 图8为本发明的初成核扩大状态示意图； 图9为利用本发明所完成的多晶硅晶体外观示意图； 图10为本发明第一实施例的散热装置平面结构图 图ll为本发明第二实施例的散热装置平面结构图 图12为本发明第三实施例的散热装置结构示意图 图13为本发明第四实施例的散热装置结构示意图 图14为利用本发明所完成的多晶硅晶体横切面结构示意图图号说明
A坩锅
A2散热板
A31凹槽
A33散热管
A4液相原料
A42低温区
IO多晶硅晶体
Al加热器
A3散热装置
A32散热区
A34作动件
A41高温区
l初成核
ll晶界
具体实施例方式
本发明的特点，可参阅本案图式及实施例的详细说明而获得清楚 地了解。
本发明晶体形成方式及装置，旨在解决既有习知技术所成型无法 使初成核的体积大型化，导致由多晶硅晶体切片成型的芯片电钝性及 光电转化效率较低的课题；而本发明利用局部高冷却方式，使液相原 料的径向延伸方向形成复数的温度差异区(例如形成有复数间隔排列的 高温区及低温区)，并利用初成核的生长癖好，以控制各初成核的形成 位置及生长方向，使各初成核向上成长而形成的完整多晶硅晶体具有较高的电钝性以及单位横切面积晶界数量较少的特性。
如图4及图5所示，主要透过局部冷却方式，使液相原料的径向延 伸方向形成复数间隔排列的高温区及低温区，其中，该整体成型装置 包括有一用以容置液相原料A4的坩锅A、相对设于坩锅A底层的散热装 置A3及相对设在坩锅A周围(而本实施例设置于边側)的加热器A1，如图 所示的实施例中，该散热装置A3可以为散热板或均热板，其中该散热 装置A3靠近坩锅A—侧设有复数与坩锅A接触区段及非接触区段，如图 所示的实施例中，该散热装置A3靠近坩锅A—侧可设有复数低于表面 不连续的凹槽A31,藉由设置复数不连续凹槽A31的方式，使对坩锅A 底部产生间隔散热及局部冷却的效果，如图所示，各凹槽A31即形成为 与坩锅A非接触区段，各凹槽A31间形成有与坩锅A底层为接触区段的 散热区A32;当然，该散热装置A3亦可于靠近坩锅一侧设有复数突出 于表面不连续的散热区A32,如图6所示，各散热区A32可以外加于该 散热装置A3上，且为数组分布方式，当然各散热区亦可以与该散热装 置一体成型，亦可以为非数组分布方式排列于散热装置上。
而整体装置即在坩锅A边侧或周围加热器A1及坩锅A底层散热装 置A3的作用下，使坩锅A底层的特定位置形成初成核1，如图5、图7及 图8所示，该散热装置A3对坩锅A底层施以局部冷却，使该液相原料A4 相对于散热装置的各凹槽A31形成有高温区A41,而相对于散热区A32 则形成有低温区A42,令该液相原料A4其径向延伸方向形成复数的温 度差异区，而各低温区A42上的液相原料A4结晶形成复数初成核1，请 同时参阅图6及图7所示，坩锅A持续受热及保温的作用下使初成核l朝 向二侧径向非接触区段而高温区A41 (亦即各凹槽A31)扩大，因此能够 使首先形成于坩锅A下层的初成核1大型化，以及藉以控制初成核l的形 式，进而各初成核1以单向凝固向上成长而形成一如图9所示的完整多 晶义圭晶体IO。.
于实施时，散热装置A3可以如图10所示，采用数组分布方式在散 热装置A3上设有复数凹槽A31,该凹槽A31可以为矩形，抑或是如图ll 所示，以非数组分布方式在散热装置A3上设有复数凹槽A31，该凹槽A31亦可以为圆形， -使达到控制初成核形式的目的。
另外，本发明散热装置的另一实施例亦可如图12所示，该散热装 置A3设有复数散热管A33,而各散热管A33—端与坩锅A底层接触，使 该坩锅A底层与各散热管A33接触区段形成低温区A42，其它则为高温 区A41,而各散热管A33中亦可进一步充填有散热介质，以作为热传导 物质，例如可以为气体或液体，而该散热介质亦可以为流动式或非流 动式，如图13所示，该散热装置A3可进一步设有与各散热管A33连通 的作动件A34，使各散热管A33内具有的散热介质可形成流动式，可加 强其散热冷却效果。
由于本发明首先形成于坩锅下层的初成核具有可大型化的特性， 使得由各初成核单向凝固向上成长而形成的完整多晶硅晶体具有如图 14所示，单位横切面积初成核l及晶界ll数量较少的优点；当然，该多 晶硅晶体10可进一步采用沿着初成核1成长方向纵向切割的方式减少 晶界，进而能够减少芯片因为晶界所衍生的电阻；尤其，在芯片内部 晶界(即芯片内部杂质)相对减少之后，能够增加芯片的光电转换效率； 再者，藉由局部高冷却方式，使该初成核随其生长癖好而形成初成核， 可提升电钝性，使多晶硅晶体内部的电子电洞不会受到影响，以增加 芯片的光电转换效率。
综上所述，本发明提供一较佳可行的晶体形成方式及装置，有效 解决既有习知技术所成型无法使初成核的体积大型化，导致由多晶硅 晶体切片成型的芯片产生电钝性较低的课题，爰依法提呈发明专利的 申请；本发明的技术内容及技术特点巳揭示如上，然而熟悉本项技术 的人士仍可能基于本发明的揭示而作各种不背离本案发明精神的替换 及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包 括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。
权利要求
1、一种晶体形成方式，利用局部高冷却方式，使液相原料的径向延伸方向形成复数的温度差异区，以控制各初成核的形成位置及生长方向，使各初成核向上成长而形成的完整多晶硅晶体具有较高的电钝性以及单位横切面积晶界数量较少的特性。
2、 如权利要求l所述的晶体形成方式，其中该高冷却方 式以局部冷却， -使液相原料的径向延伸方向形成复数间隔排 列的高温区及低温区，其中各低温区上的液相原料结晶形成 复it初成核，而各初成核朝二侧径向的高温区延伸生长。
3、 如权利要求l所述的晶体形成方式，其中该液相原料 容置于坩锅中，透过对坩锅底层施以局部冷却，其中该坩锅 底层进一步设有散热装置，以对坩锅底层施以局部冷却。
4、 如权利要求3所述的晶体形成方式，其中该散热装置 靠近蚶锅一侧设有复数与坩锅接触区段及非接触区段。
5、 如权利要求3所述的晶体形成方式，其中该散热装置 靠近坩锅 一 側设有复数低于表面不连续的凹槽。
6、 如权利要求5所述的晶.体形成方式，其中各凹槽间形 成有与坩锅底层接触的散热区。
7、 如权利要求5所述的晶体形成方式，其中该散热装置 采用数组分布方式设有复数凹槽。
8、 如权利要求5所述的晶体形成方式，其中该散热装置 采用非数組分布方式设有复数凹槽。
9、 如权利要求3所述的晶体形成方式，其中该散热装置 靠近坩锅一侧设有复数突出于表面不连续的散热区。
10、 如权利要求9所述的晶体形成方式，其中各散热区 可以与该散热装置一体成型；或者各散热区可以外加于该散 热装置上。
11、 如权利要求9所述的晶体形成方式，其中该散热装置采用数组分布方式设有复数散热区。
12、 如权利要求9所述的晶体形成方式，其中该散热装 置采用非数组分布方式设有复数散热区。
13、 如权利要求3所述的晶体形成方式，其中该散热装 置设有复数散热管，而各散热管一端与坩锅底层接触，其中 各散热管中充填有散热介质。
14、 如权利要求l所述的晶体形成方式，其中该多晶硅 晶体采用沿着初成核成长方向纵向切割的方式避开晶界。
15、 一种晶体形成装置，包有 一坩锅，用以容置液相原料； 加热器，设于坩锅周围；一设于坩锅底层散热装置，该散热装置靠近坩锅一側设 有复数与坩锅接触区段及非接触区段。
16、 一种晶体形成装置，包有 一坩锅，用以容置液相原料； 加热器，设于坩锅周围；一设于坩锅底层散热装置，该散热装置靠近坩锅一侧设 有复数低于表面不连续的凹槽。
17、 一种晶体形成装置，包有 一坩锅，用以容置液相原料； 加热器，设于坩锅周围；一设于坩锅底层散热装置，该散热装置靠近坩锅一侧设 有复数突出于表面不连续的散热区。
18、 一种晶体形成装置，包有 一坩锅，用以容置液相原料； 加热器，.设于坩锅周围；一设于坩锅底层散热装置，该散热装置设有复数散热 管，而各散热管一端与坩锅底层接触。
全文摘要
本发明晶体形成方式及装置，主要透过对坩埚底层施以局部高冷却方式，使液相原料的径向延伸方向形成多数的温度差异区，以控制各初成核的形成位置及生长方向，使各初成核向上成长而形成的完整多晶硅晶体具有较高的电钝性晶界以及单位横切面积晶界数量较少的特性；尤其，可进一步采用沿着初成核成长方向纵向切割的方式减少晶界，进而增加芯片的光电转换效率。
文档编号C30B28/06GK101624723SQ20081013269
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者何思桦, 徐文庆, 蓝崇文, 许松林, 陈志慧 申请人:昆山中辰矽晶有限公司