专利名称：一种连续生长准单晶晶体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续生长准单晶晶体的装置。
背景技术：
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。太阳能光电转换是近今年来各国发展最快，最受瞩目的项目之一，也是当今应用日益广泛的研究领域。其中以多晶硅仍然是主要的光伏电池基材。近年来，采用定向凝固法加以籽晶诱导技术，以大幅低于Cz法生长单晶的生产成本，生长出一种低缺陷密度的准单晶晶体作为光伏电池的基材，可获得较高的电池转换效率，受到人们的热切关注。采用定向凝固法生长准单晶晶锭，和传统铸锭多晶硅晶锭的生产过程的主要差异在于，装料前在普通多晶坩埚的底部铺设单晶硅块作为籽晶，然后在其上放置普通硅料。在融化过程中，通过坩埚底部的散热，冷却籽晶，使籽晶上部部分融化，然后进行长晶、退火、冷却等过程，生长出准单晶晶体。相比较传统的铸锭过程，由于籽晶在化料过程就已经长时间接触坩埚，造成了坩埚中杂质向籽晶及晶体中的扩散，使得晶锭底部因金属扩散导致低少子寿命区较普通多晶硅更深，从而影响晶锭的产品收益。另一方面，类单晶生长所使用作为籽晶的单晶硅块，在经历热冲击后，自身产生的位错等缺陷，随着晶体的生长快速增殖，缺陷的增加快速降低晶体和硅片的质量，达到一定高度后，表面上看起来像单晶的类单晶硅片，因体内的缺陷密度较高，硅片质量甚至低于普通多晶硅，从而限制了类单晶晶锭的生长高度，同时也限制了类单晶晶体生产成本的降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种连续生长准单晶晶体的装置，避免传统石英陶瓷坩埚中金属杂质向晶体内杂质扩散引起的少子寿命降低，提闻晶体质量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种连续生长准单晶晶体的装置，具有用于放置硅溶液的坩埚，坩埚外壁设置有加热器，所述的坩埚上方设置有链式长晶循环装置，所述的链式长晶循环装置包括动力支撑盘和通过动力支撑盘连接形成的循环链条，所述的循环链条具有可挂载籽晶的籽晶挂载区、生长区，所述的籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面分离，所述的籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面形成一定角度，所述的籽晶挂载区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度大于生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度，所述的生长区内的链条上方设置有冷却器。
进一步地，所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为15 45。。进一步地，所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为30°。进一步地，所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为25。
进一步地，所述的生长区内的链条尾端下方设置有用于运输晶锭的晶锭卸载车。进一步地，所述的坩埚上方设置有用于向坩埚中加入硅原料的原料仓。本发明的有益效果是本发明避免了传统石英陶瓷坩埚中金属杂质向晶体内杂质扩散引起的少子寿命降低，提高了晶体质量。传统石英陶瓷坩埚兼顾支撑、化料、长晶、退火、冷却的多种功能，本发明中晶体和坩埚脱离接触，坩埚只负责化料的功能，从而实现坩埚的长时间和重复利用。传统石英陶瓷坩埚中，晶锭底部与坩埚壁接触，杂质扩散引起低少子寿命区截断，以及晶锭头部因杂质分凝引起的高金属杂质含量以至低少子寿命截断，以及普通晶锭损失的边皮部分，都影响产出晶锭的成品收益率。而采用链式长晶循环装置以后，晶体头部、尾部及边皮不存在低少子寿命截断的问题，因此晶体的成品收益率得以大幅提高。由于晶体和四周不接触，晶体内部的热应力可得以释放，可进一步降低晶体内部由应力引发的位错等的缺陷，提高晶体质量。
下面结合附图对本发明进一步说明。图I是本发明的结构示意图；其中1.原料仓，2.加热器，3.硅溶液，4.生长区，5.坩埚，8.晶锭卸载车，9.动力支撑盘，11.冷却器，12.籽晶挂载区。
具体实施例方式现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。如图I所示，一种连续生长准单晶晶体的装置，具有用于放置硅溶液3的坩埚5，坩埚5外壁设置有加热器2，坩埚5上方设置有链式长晶循环装置，链式长晶循环装置包括动力支撑盘9和通过动力支撑盘9连接形成的循环链条，循环链条具有可挂载籽晶的籽晶挂载区12和生长区4，籽晶挂载区12内的链条和生长区4内的链条均与坩埚5内的硅溶液3液面分离。 籽晶挂载区12内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成一定角度，例如70°或80°，生长区4内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成一定角度，即非0°或非平行，例如30°或25。，优选角度范围15 45°，优选籽晶挂载区12内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成的角度大于生长区4内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成的角度，生长区4内的链条上方设置有冷却器11。冷却器11长度为生长区4内的链条前端延伸至后端，冷却器11连接有冷却器控制装置。本发明中所指的角度为籽晶挂载区12内的链条中心线或生长区4内的链条中心线与硅溶液3液面水平线形成的锐角方向的角度。坩埚5上方设置有用于向坩埚5中加入硅原料的原料仓1，生长区4内的链条尾端下方设置有用于运输晶锭的晶锭卸载车8。首先在籽晶挂载区12将符合外形规格的籽晶挂置在籽晶挂载区12内的链条上，随着循环链条的转动，转过位于硅溶液3表面上的动力支撑盘9后，部分籽晶浸没到硅溶液3液面下，在高温硅溶液的作用下熔化，随着循环链条的运行，在冷却器11的作用下，籽晶体内温度降低，硅溶液3在籽晶的诱导下开始结晶生长，固液界面向前推进，开始长晶，循环链条运行将晶体不断拉出硅溶液3液面，实现晶体的生长。在长晶结束阶段，控制冷却器11温度即晶体头尾两端的温度，降低晶体内的温度梯度，失去长晶动力，长晶过程自然终止，晶体和液面分离。因循环链条和硅溶液3液面是分离的，在无籽晶时，循环链条和硅溶液3液面不接触，不能发生凝固过程，也无长晶发生。因此，籽晶完全脱离硅溶液后，长晶过程自然结束，晶锭不再扩大。等所有晶体脱离液面后，晶体生长完成，并在冷却器11的作用下温度下降。温度降低到合适的温度后，将生长成功的晶锭，从循环链条上卸载下来，移出链式长晶循环装置至晶锭卸载车8。链式长晶循环装置实现挂载籽晶、引晶即籽晶部分熔化、长晶、冷却和卸料功能一体。长晶、冷却、卸料位于循环链条中同一生长区4内的链条上，并和硅溶液3液面保持一定角度。长晶过程中可以通过控制挂载籽晶的面积来控制晶锭的大小，达到籽晶面积后设置缝隙，分离不同的晶锭。大面积坩埚加热器可根据化料和长晶区间的不同，匹配不同的功 率。原料仓I根据长晶速度的需要连续加入固态或液态硅，实现晶锭的连续生长。具体实施参数一生长区4内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成30°，循环链条运行速度为12cm/小时。挂载籽晶为156mm*390mm*30mm厚度籽晶块，两列五行，共计10块，籽晶铺设面积为780mm*780mm。生长晶体开方后尺寸为780mm*780mm。晶锭高度约220mm，长晶时间约21小时。 具体实施参数二 生长区4内的链条与坩埚5内的硅溶液3液面形成25°，循环链条运行速度为15cm/小时。挂载籽晶为156mm*390mm*30mm厚度籽晶块，两列五行，共计10块，籽晶铺设面积为780mm*780mm。生长晶体开方后尺寸为780mm*780mm。晶锭高度约220mm，长晶时间约17小时。本发明避免了传统石英陶瓷坩埚中金属杂质向晶体内杂质扩散引起晶体质量的下降。传统石英陶瓷坩埚兼顾支撑、化料、长晶、退火、冷却的多种功能，本发明中晶体和坩埚脱离接触，坩埚只负责化料的功能，从而实现坩埚的长时间和重复利用。由于晶体和四周不接触，晶体内部的热应力可得以释放，可进一步降低晶体内部由应力引发的位错等的缺陷，提闻晶体质量。本发明采用循环链条循环运行结构，实现了单台装置连续生长，大大提高了设备产能。晶锭生长不同高度同时生长，在连续加料过程中控制硅溶液的电阻率就可以实现晶锭头尾电阻率的高度均一，传统多晶硅定向凝固装置是无法做到的。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.一种连续生长准单晶晶体的装置，具有用于放置硅溶液的坩埚，坩埚外壁设置有加热器，其特征在于所述的坩埚上方设置有链式长晶循环装置，所述的链式长晶循环装置包括动力支撑盘和通过动力支撑盘连接形成的循环链条，所述的循环链条具有可挂载籽晶的籽晶挂载区、生长区，所述的籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面分离，所述的籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面形成一定角度，所述的籽晶挂载区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度大于生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度，所述的生长区内的链条上方设置有冷却器。
2.根据权利要求I所述的一种连续生长准单晶晶体的装置，其特征在于所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为15 45°。
3.根据权利要求2所述的一种连续生长准单晶晶体的装置，其特征在于所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为30°。
4.根据权利要求2所述的一种连续生长准单晶晶体的装置，其特征在于所述的生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度为25°。
5.根据权利要求I所述的一种连续生长准单晶晶体的装置，其特征在于所述的生长区内的链条尾端下方设置有用于运输晶锭的晶锭卸载车。
6.根据权利要求I所述的一种连续生长准单晶晶体的装置，其特征在于所述的坩埚 上方设置有用于向坩埚中加入硅原料的原料仓。
全文摘要
本发明涉及一种连续生长准单晶晶体的装置，具有用于放置硅溶液的坩埚，坩埚上方设置有链式长晶循环装置，链式长晶循环装置包括动力支撑盘和循环链条，循环链条具有籽晶挂载区、生长区，籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面分离，籽晶挂载区内的链条和生长区内的链条均与坩埚内的硅溶液液面形成一定角度，籽晶挂载区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度大于生长区内的链条与坩埚内的硅溶液液面形成的角度，生长区内的链条上方设置有冷却器。本发明中晶体和坩埚脱离接触，避免传统石英陶瓷坩埚中金属杂质向晶体内杂质扩散引起的少子寿命降低，提高晶体质量。
文档编号C30B15/30GK102732950SQ20121020522
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘振准, 张志强, 黄振飞 申请人:常州天合光能有限公司