一种制备高效铸锭多晶的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备高效铸锭多晶的方法，其包含如下步骤：（a）提供一硅片，作为软模板；（b）对硅片双面进行清洗和去损伤层处理；（c）在硅片的单面制备高熔点的含硅薄膜，作为硬模板；其中，含硅薄膜的熔点高于硅熔点，并且含硅薄膜与硅片的界面保持了硅片表面原子的有序排列；（d）将生有含硅薄膜的硅片倒扣在生长容器底部，其含硅薄膜面朝向生长容器底部，在其非含硅薄膜面上堆放硅原料。本发明通过合理制备诱导薄膜来诱导铸锭多晶硅的生长，从而得到低缺陷密度的高效铸锭多晶产品，工艺简单。
【专利说明】一种制备高效铸锭多晶的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制备高效铸锭多晶的方法，主要应用于光伏领域的铸锭多晶硅生 长。
【背景技术】
[0002] 目前，多晶硅光伏电池因为其较低的成本而占据了硅基光伏的主流地位，降低铸 锭多晶硅的缺陷密度、提升其晶体质量是行业的主要发展方向之一。
[0003] 在传统的铸锭多晶晶体生长技术中，硅熔体是在喷涂有氮化硅粉体的坩埚底部开 始形核而逐步向上生长。硅熔体对氮化硅的高温润湿性很差，形核非常不均匀，造成了晶体 生长过程中晶粒大小不一，应力无处释放，缺陷由此产生并进行快速增殖，所得铸锭多晶的 缺陷密度高，由此硅片制备的电池转换效率极低。
[0004] 类单晶，又称准单晶、铸锭单晶等，是通过在坩埚底部铺设单晶籽晶块来诱导硅晶 体生长的，是一种同质诱导的方式。在硅料熔融过程中，控制籽晶块部分熔化、部分保持固 态，然后在固液界面上诱导晶体开始生长。得到的晶体外观看起来类似单晶，但实际上由于 内部应力集中原因，晶体内的缺陷密度仍然很高，该技术目前并没有被广泛地使用。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种制备高效铸锭多晶 的方法，它通过合理制备诱导薄膜来诱导铸锭多晶硅的生长，从而得到低缺陷密度的高效 铸锭多晶产品，工艺简单。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种制备高效铸锭多晶的方法，其 包含如下步骤：
[0007] (a)提供一硅片，作为软模板；
[0008] (b)对硅片双面进行清洗和去损伤层处理；
[0009] (c)在硅片的单面制备高熔点的含硅薄膜，作为硬模板；其中，含硅薄膜的熔点高 于硅熔点，并且含硅薄膜与硅片的界面保持了硅片表面原子的有序排列；
[0010] (d)将生有含硅薄膜的硅片倒扣在生长容器底部，其含硅薄膜面朝向生长容器底 部，在其非含硅薄膜面上堆放硅原料。
[0011] 进一步提供了一种在硅片的单面制备含硅薄膜的方法以便得到含硅薄膜以实现 其功能，在所述的步骤（c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：将石墨烯溶 液喷涂至硅片的单面，使其单面生长出碳化硅膜。
[0012] 进一步，所述的分散石墨烯的溶剂为乙醇或异丙醇或去离子水，分散的浓度为 0. 001?0. lg/L ;喷涂到硅片表面的石墨烯溶液当溶剂挥发后的石墨烯残余固含量为 0· 001 ?0· 002g〇
[0013] 进一步提供了另一种在硅片的单面制备含硅薄膜的方法以便得到含硅薄膜以实 现其功能，在所述的步骤（C)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：对硅片的 单面进行氧化处理，使其单面生长出氧化硅膜。
[0014] 进一步合理控制了氧化硅膜的厚度以达到最优的生长条件，所述的氧化硅膜的厚 度为20?5000nm。
[0015] 进一步提供了另一种在硅片的单面制备含硅薄膜的方法以便得到含硅薄膜以实 现其功能，在所述的步骤（C)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：在硅片的 单面沉积出氮化硅膜。
[0016] 进一步合理控制了氮化硅膜的厚度以达到最优的生长条件，所述的氮化硅膜的厚 度为20?5000nm。
[0017] 进一步提供了另一种在硅片的单面制备含硅薄膜的方法以便得到含硅薄膜以实 现其功能，在所述的步骤（c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：
[0018] (1)在硅片的单面沉积出氮化硅膜；
[0019] (2)再对其进行表面处理去除表面部分的氮化硅膜，得到多种形貌的孔状结构， 其穿孔部分为裸露的硅片表面；通过激光打孔或者浆料刻蚀的方法去除表面部分的氮化硅 膜。
[0020] (3)再对硅片进行氧化处理，其穿孔部分生成氧化硅膜；
[0021] (4)最后在硅片上沉积出氮化硅膜，并保证此时的氮化硅膜覆盖住穿孔部分和步 骤（1)中已经沉积出的氮化硅膜。
[0022] 进一步，所述的硅片的厚度为160微米?200微米。
[0023] 进一步，在所述的步骤（b)中，所述的去损伤层处理后的硅片表面形貌为平整的 平面或金字塔结构的碱绒面或凹坑式的酸绒面。
[0024] 采用了上述技术方案后，采用行业内广泛使用的硅片为软模板，通过喷涂、气相沉 积、氧化或氮化等途径在硅片表面生成具有不同图案设计的高熔点的含硅薄膜，含硅薄膜 的界面保持了原有硅片表面原子的有序排列，将该种镀膜硅片倒扣在坩埚底部，依靠高熔 点的含硅薄膜来诱导铸锭多晶硅的生长，得到低缺陷密度的高效铸锭多晶，本发明合理地 选择了通过软、硬模板结合的方式来制备该诱导薄膜，从而来诱导铸锭多晶硅的生长，得到 低缺陷密度的高效铸锭多晶产品，工艺简单。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进 一步详细的说明。
[0026] 实施例一
[0027] -种制备高效铸锭多晶的方法，其包含如下步骤：
[0028] 1、采用行业内通用的厚度为180微米的硅片为软模板；其中硅片的厚度可以为 180±20微米；硅片可以为单晶硅片或多晶硅片或类单晶硅片；
[0029] 2、对硅片表面（双面）进行清洗和去损伤层处理；其中，处理的药液可以为酸液或 碱液或TMAH等药液，单面去除的厚度为1?20微米，损伤层去除后的硅片表面形貌可以是 平整的平面或金字塔结构的碱绒面或凹坑式的酸绒面；
[0030] 3、采用石墨烯溶液进行喷涂，分散石墨烯的溶剂为乙醇、异丙醇或去离子水，分散 的浓度为〇. 001?〇. lg/L，喷涂到硅片表面的石墨烯当量（溶剂挥发后的残余固含量）为 0· 001 ?0· 002g ;
[0031] 4、将多张经过上述处理后的硅片倒扣在石英陶瓷坩埚底部，然后在硅片顶部开始 装硅料，进行铸锭多晶晶体生长。
[0032] 实施例二
[0033] -种制备高效铸锭多晶的方法，其包含如下步骤：
[0034] 1、采用行业内通用的厚度为180微米的硅片为软模板；其中硅片的厚度可以为 180±20微米；硅片可以为单晶硅片或多晶硅片或类单晶硅片；
[0035] 2、对硅片表面（双面）进行清洗和去损伤层处理；其中，处理的药液可以为酸液或 碱液或TMAH等药液，单面去除的厚度为1?20微米，损伤层去除后的硅片表面形貌可以是 平整的平面或金字塔结构的碱绒面或凹坑式的酸绒面；
[0036] 3、在氧化炉中对硅片的单面进行氧化，生成一层厚度为20?5000nm厚的氧化 硅膜；其中，氧化的工艺可以是干氧氧化（氧源是纯氧），也可以是湿氧氧化（氧源是水蒸 气）；
[0037] 4、将多张经过上述处理后的硅片倒扣在石英陶瓷坩埚底部，然后在硅片顶部开始 装硅料，进行铸锭多晶晶体生长。
[0038] 实施例三
[0039] -种制备高效铸锭多晶的方法，其包含如下步骤：
[0040] 1、采用行业内通用的厚度为180微米的硅片为软模板；其中硅片的厚度可以为 180±20微米；硅片可以为单晶硅片或多晶硅片或类单晶硅片；
[0041] 2、对硅片表面（双面）进行清洗和去损伤层处理；其中，处理的药液可以为酸液或 碱液或TMAH等药液，单面去除的厚度为1?20微米，损伤层去除后的硅片表面形貌可以是 平整的平面或金字塔结构的碱绒面或凹坑式的酸绒面；
[0042] 3、在PECVD沉积炉中在硅片的单面沉积一层氮化硅膜，厚度为20?5000nm ;其 中，沉积的炉子可以是板式炉腔，也可以是管式炉腔；
[0043] 4、将多张经过上述处理后的硅片倒扣在石英陶瓷坩埚底部，然后在硅片顶部开始 装硅料，进行铸锭多晶晶体生长。
[0044] 实施例四
[0045] 一种制备高效铸锭多晶的方法，其包含如下步骤：
[0046] 1、采用行业内通用的厚度为180微米的硅片为软模板；其中硅片的厚度可以为 180±20微米；硅片可以为单晶硅片或多晶硅片或类单晶硅片；
[0047] 2、对硅片表面（双面）进行清洗和去损伤层处理；其中，处理的药液可以为酸液或 碱液或TMAH等药液，单面去除的厚度为1?20微米，损伤层去除后的硅片表面形貌可以是 平整的平面或金字塔结构的碱绒面或凹坑式的酸绒面；
[0048] 3、在PECVD沉积炉中在硅片的单面沉积一层氮化硅膜，厚度为20?5000nm ;对其 进一步进行表面处理，得到多种形貌的孔状结构；比如，通过激光打孔或特殊浆料刻蚀的方 法去除表面部分的氮化硅膜，孔穿透的仅仅是氮化硅膜，不会损伤到硅片本身，穿孔部分是 裸露的硅片表面。孔的面积为1?9000000平方微米。孔的密度为10?10000000个/平 方厘米，孔的形状可以为圆形、椭圆形、正方形、长方形等各种规则或不规则的形状；上述打 孔硅片随后在氧化炉中进行氧化处理，在氧化炉中对硅片进行氧化，裸露部分生成一层氧
【权利要求】
1. 一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于，其包含如下步骤： (a) 提供一硅片，作为软模板； (b) 对硅片双面进行清洗和去损伤层处理； (c) 在硅片的单面制备高熔点的含硅薄膜，作为硬模板；其中，含硅薄膜的熔点高于硅 熔点，并且含硅薄膜与硅片的界面保持了硅片表面原子的有序排列； (d) 将生有含硅薄膜的硅片倒扣在生长容器底部，其含硅薄膜面朝向生长容器底部，在 其非含硅薄膜面上堆放硅原料。
2. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：在所述的步骤 (c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：将石墨烯溶液喷涂至硅片的单面， 使其单面生长出碳化硅膜。
3. 根据权利要求2所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：所述的分散石 墨烯的溶剂为乙醇或异丙醇或去离子水，分散的浓度为〇. 001?〇. lg/L ;喷涂到硅片表面 的石墨烯溶液当溶剂挥发后的石墨烯残余固含量为0. 001?0. 002g。
4. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：在所述的步骤 (c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：对硅片的单面进行氧化处理，使其 单面生长出氧化硅膜。
5. 根据权利要求4所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：所述的氧化硅 膜的厚度为20?5000nm。
6. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：在所述的步骤 (c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下：在硅片的单面沉积出氮化硅膜。
7. 根据权利要求6所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：所述的氮化硅 膜的厚度为20?5000nm。
8. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：在所述的步骤 (c)中，在硅片的单面制备含硅薄膜的方法的步骤如下： (1) 在硅片的单面沉积出氮化硅膜； (2) 再对其进行表面处理去除表面部分的氮化硅膜，得到多种形貌的孔状结构，其穿孔 部分为裸露的娃片表面； (3) 再对硅片进行氧化处理，其穿孔部分生成氧化硅膜； (4) 最后在硅片上沉积出氮化硅膜，并保证此时的氮化硅膜覆盖住穿孔部分和步骤 (1)中已经沉积出的氮化硅膜。
9. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：所述的硅片的 厚度为160微米?200微米。
10. 根据权利要求1所述的一种制备高效铸锭多晶的方法，其特征在于：在所述的步骤 (b)中，所述的去损伤层处理后的硅片表面形貌为平整的平面或金字塔结构的碱绒面或凹 坑式的酸绒面。
【文档编号】C30B28/06GK104088013SQ201410337376
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】熊震, 叶宏亮 申请人:常州天合光能有限公司