专利名称：一种提高铸锭单晶硅收率的方法
技术领域：
本发明涉及光伏电池领域 ，尤其是一种在铸锭坩埚底部设置杂质扩散阻挡层，来阻挡杂质向晶锭内的扩散，以此来提高铸锭单晶硅收率的方法。
背景技术：
通过具有特定晶向的籽晶来诱导生长铸锭单晶硅是近年来在光伏硅电池领域得到了大幅应用的一种技术，已申请的相关专利有(I)专利US2007/0169685(A1)中提到采用〈100〉单晶硅作为籽晶来诱导生长铸锭单晶硅，认为该种工艺能明显减少或消除缺陷密度，得到晶粒至少大于IOcm的晶锭。(2)专利CN201010284738. 7中发明者提出将中心开孔的石英片置于坩埚底部，石英片为梯形体结构，可节省籽晶用量。生长出来的是〈100〉晶向单晶。(3)专利CN 201010299013. 5中发明者提出采用〈111〉单晶硅作为籽晶来诱导生成具有〈111〉晶向的铸锭单晶娃，由于〈111〉是择优生长方向，因此能得到高比例的铸锭单晶。在铸锭单晶生长过程中，籽晶部分熔化，在剩余籽晶与已熔化硅液的固液界面上会发生诱导生长，所生长出的类单晶晶向与籽晶晶向一致。未熔化部分的籽晶经历了硅料升温、熔化、长晶和退火四阶段，热历史远远长于普通铸锭多晶的底部硅晶体。实验结果表明，铸锭单晶硅的收率(百分比)低于普通铸锭多晶硅51个百分点，大大增加了铸锭单晶硅的生产成本。晶锭底部少子寿命低是造成铸锭单晶收率低的主要原因。比如，按照少子寿命I微秒为截断标准的话，铸锭单晶的截断量达到5(T60mm，远高于普通铸锭多晶的15 25mm。上述被截断部分行业内称之为红区，即少子寿命不符合要求的部分。经分析，铸锭单晶红区较高的原因主要来自坩埚底部的杂质扩散。铸锭用石英坩埚的纯度相对硅料要低得多，坩埚中的杂质会扩散进入硅晶体，作为少子复合中心大大地降低少子寿命，杂质扩散进入硅晶体的总量与温度和扩散时间密切相关，温度越高，时间越久，扩散进入的杂质总量越大，形成的低少子寿命区域越多，晶锭收率越低。铸锭单晶的剩余籽晶经历的热历史较长，因此被扩散进入的杂质总量较大，往往会被作为低少子寿命区域而被截断。因此,控制樹祸杂质向杆晶内的扩散，对提闻铸淀单晶晶淀底部少子寿命、减少底部红区的截断长度、提高晶锭收率有着极其重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种能够控制坩埚杂质向籽晶内的扩散，提高铸锭单晶晶锭底部少子寿命，减少底部红区的截断长度，提高晶锭收率的方法。本发明所采用的技术方案为一种提高铸锭单晶硅收率的方法，包括以下步骤I)在铸锭坩埚底部设置杂质扩散阻挡层，来阻挡杂质向晶锭内的扩散；2)将厚度为5 50 mm的单晶硅块紧密排列，作为籽晶铺满坩埚底部；
3)然后依次将娃料、掺杂元素原料置于坩埚中；4)抽取真空并通入惰性气体N2或Ar，边抽真空边通入惰性气体；5)加热坩埚，使作为籽晶的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合；6)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，籽晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸淀单晶娃。具体的说，本发明所述步骤I)中的杂质扩散阻挡层为氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有杂质扩散阻挡功能的形式。所述的杂 质扩散阻挡层采用薄膜或硅片，厚度为O. Of 5mm ;采用板材，厚度为5 20mm ;采用粉状物，松装厚度为O. 5^20mm ;采用架空，则架空的高度为f20mm。所述的架空是通过支撑物支撑籽晶来达到目的的。本发明所述的铸锭单晶是指采用单晶籽晶诱导的方法，在定向凝固过程中所产生的单晶。所用的坩埚包括但不局限于常用的石英坩埚。本发明所述的单晶籽晶是指晶向为〈100〉、〈110〉、〈111〉、〈112〉或由上述晶向籽晶混合拼接而成的。本发明的有益效果是基于对坩埚底部杂质向籽晶内部扩散的阻挡，在籽晶底部设置阻挡层；相比未设置扩散阻挡层的铸锭单晶，本发明所制备的铸锭单晶晶锭底部的少子寿命得到了大幅度提高，按相同截断标准，晶锭收率提高了 3个百分点以上(绝对差值)。
具体实施例方式实施例I将直径为6_的氮化娃球密堆积在樹祸底部,铺有一层,然后将尺寸为330X 150mm的〈111〉籽晶硅块紧密铺排在石英坩埚底部，籽晶硅块厚40 mm。210kg硅料置于籽晶硅块上面，掺入40 mg的掺杂剂硼，在加上210kg硅料，实现装炉。将炉膛抽成真空，采用Ar做保护气体。设计热场，使炉膛内的硅料部分温度达到1420°C以上并逐渐熔化，使炉膛内〈111〉单晶硅与硅料接触部分熔化20 mm，与石英坩埚接触的20 mm保持不熔化。最后，开启保温罩，使硅熔体从坩埚底部逐渐凝固，依靠〈111〉晶向籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到铸锭单晶。相比坩埚底部未放置有氮化硅球的铸锭单晶，底部低少子寿命区均按照O. 6微秒截断的话，本实施例的底部截断量由原来的45 mm减少到30 mm，晶锭收率由61%提高到65%。实施例2将厚度为5mm、宽为10 mm、长为400 mm的石英条取I 6条,均勻铺设在尺寸为800X800X480 mm的坩埚底部，然后把尺寸为400X400 mm的〈100〉籽晶硅块紧密铺排在石英板上，籽晶硅块厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅块上面，掺入40 mg的掺杂剂硼，在加上210kg硅料，实现装炉。将炉膛抽成真空，采用Ar做保护气体。设计热场，使炉膛内的硅料部分温度达到1420°C以上并逐渐熔化，使炉膛内〈100〉单晶硅与硅料接触部分熔化20_，与石英坩埚接触的10 _保持不熔化。最后，开启保温罩，使硅熔体从坩埚底部逐渐凝固，依靠〈100〉晶向籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到铸锭单晶。相比坩埚底部未放置有石英条的铸锭单晶，底部低少子寿命区均按照O. 6微秒截断的话，本实施例的底部截断量由原来的40 mm减少到20 mm,晶锭收率由62%提高到66%。实施例3将粒径为O. 05mm的高纯硅粉铺设在坩埚底部，硅粉的松装厚度为3 mm,然后把尺寸为400X400 mm的〈110〉籽晶硅块紧密铺排在石英坩埚底部，籽晶硅块厚30 mm。210kg硅料置于籽晶硅块上面，掺入40 mg的掺杂剂硼，在加上210kg硅料，实现装炉。将炉膛抽成真空，采用Ar做保护气体。设计热场，使炉膛内的硅料部分温度达到1420°C以上并逐渐熔化，使炉膛内〈110〉单晶硅与硅料接触部分熔化5 mm，与硅粉接触的20 mm保持不熔化。最后，开启保温罩，使硅熔体从坩埚底部逐渐凝固，依靠〈110〉晶向籽晶的诱导而实现硅晶体的定向生长，得到铸锭单晶。相比坩埚底部未放置有高纯硅粉的铸锭单晶，底部低少子寿命区均按照O. 6微秒截断的话，本实施例的底部截断量由原来的45 mm减少到25 mm,晶锭收率由61%提高到65. 5%。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式
，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式
做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
权利要求
1.一种提高铸锭单晶硅收率的方法，其特征在于包括以下步骤 1)在铸锭坩埚底部设置杂质扩散阻挡层，来阻挡杂质向晶锭内的扩散； 2)将厚度为5 50mm的单晶硅块紧密排列，作为籽晶铺满坩埚底部； 3)然后依次将硅料、掺杂元素原料置于坩埚中； 4)抽取真空并通入惰性气体N2或Ar，边抽真空边通入惰性气体； 5)加热坩埚，使作为籽晶的单晶硅块接触于坩埚底部的部分不熔化，与坩埚不接触的部分、硅料及掺杂元素原料均熔化并在原子尺度上彼此充分混合； 6)定向凝固时，使坩埚底部为冷端，籽晶的未熔化部分诱导硅熔体的凝固生长，得到具有特定晶向的铸淀单晶娃。
2.如权利要求I所述的一种提高铸锭单晶硅收率的方法，其特征在于所述步骤I)中的杂质扩散阻挡层为氮化硅薄膜、氮化硅粉、氮化硅球、石英板、多孔硅、硅粉、硅片、架空或其他具有杂质扩散阻挡功能的形式。
3.如权利要求2所述的一种提高铸锭单晶硅收率的方法，其特征在于所述的杂质扩散阻挡层采用薄膜或硅片，厚度为0. Of 5mm ;采用板材，厚度为5 20mm ;采用粉状物，松装厚度为0. 5 20mm ;采用架空，则架空的高度为f20mm。
4.如权利要求3所述的一种提高铸锭单晶硅收率的方法，其特征在于所述的架空是通过支撑物支撑籽晶来达到目的的。
全文摘要
本发明涉及一种提高铸锭单晶硅收率的方法，是通过控制坩埚底部杂质向籽晶扩散来实现的。本发明基于对坩埚底部杂质向籽晶内部扩散的阻挡，在籽晶底部设置阻挡层；阻挡层包括粉状、薄膜、块体或空隙隔断。相比未设置扩散阻挡层的铸锭单晶，本发明所制备的铸锭单晶晶锭底部的少子寿命得到了大幅度提高，按相同截断标准，晶锭收率提高了3个百分点以上(绝对差值)。
文档编号C30B11/00GK102732948SQ20121020529
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
发明者付少永, 刘振淮, 张驰, 熊震, 陈雪, 黄强, 黄振飞 申请人:常州天合光能有限公司