本發明專利技術公開了一種用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝，其底部內壁具有規則的空間分布的三維幾何形狀，規則的空間分布的三維幾何形狀由同一形狀的凹坑在二維空間復制排列而形成；凹坑由空心的倒立棱錐、空心的第一倒立棱臺和空心的第二倒立棱臺組成，第二倒立棱臺、第一倒立棱臺和倒立棱錐自上而下相互連通。本發明專利技術還公開了一種利用所述坩堝生長準單晶硅鑄錠的方法。本發明專利技術能夠提高鑄錠質量，增大晶粒尺寸，提高晶粒均勻度，促進晶粒垂直生長，減少晶界數量和晶界處雜質，使硅錠晶粒的尺寸增大至與硅電池片尺寸一致，切片后得到的單個電池晶體為準單晶體，實現采用低成本方式制備準單晶結構的硅電池片，降低了電池片的成本，提高了電池片的效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于硅晶體生長領域，特別涉及一種用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝。本專利技術還涉及一種利用所述坩堝制備準單晶硅鑄錠的生長方法。
技術介紹
現有的太陽能級多晶硅鑄錠，均采用石英陶瓷坩堝。坩堝的外形通常為底面呈正方形的長方體。例如，現有的450公斤載硅量的坩堝，底面外壁邊長為870毫米，內壁為840 毫米，高度為420毫米到480毫米。現有坩堝底部是平坦的，但有陶瓷燒結所特有的微粒結構。現有坩堝底部表面上的這些微粒結構會形成不平整的底部表面，在多晶硅鑄錠時，使得硅液在冷卻時沿硅液底部產生的溫度有高有低，在溫度逐漸降低至接近硅熔點時， 較冷部分先形核，然后隨著溫度降低，這些晶核逐漸長大形成晶粒。晶粒在長大的過程中， 先沿坩堝底面橫向生長，然后，當與另外的晶核長大形成的晶粒相遇時發生頂觸，形成晶界，待底面全部布滿晶粒后，則開始隨著溫度隨時間的下降以及垂直溫度梯度，向上生長， 直到從底部到硅液的頂部全部結晶。這就是多晶硅的鑄錠過程，即多晶硅的定向凝固過程。這樣的多晶硅鑄錠過程由于產量高，因此，逐漸代替直拉法生產單晶硅，獲得大量應用。但是，這種晶體生長方法也有不少弊端，一是晶體形核時晶核的空間分布不均勻，造成生長出的晶體晶粒大小不均勻；二是晶粒與晶粒相遇發生頂觸時形成晶界，因此，剛開始形成的晶粒越多，最后得到的晶界數量也越多，形成的晶粒尺寸就越小，不利于最后制備出的電池的性 能；三是由于坩堝底面的不平整使晶核生長的晶向不一定是垂直向上的，造成晶體在生長時不是垂直生長而是斜向生長；四是在晶核形成并進行橫向生長時，鄰近的晶粒發生頂觸，很容易造成剛形成的晶體從底部脫落，進入硅液重新熔化，因此，導致晶體生長效率降低和晶粒的大小差異進一步加大。現有坩堝的上述弊端導致制成的太陽能電池的轉換效率降低，硅片應力加大。另外，現有坩堝較易形成枝狀晶和羽狀晶，并在枝狀晶或羽狀晶的間隙形成微晶甚至非晶，導致光電轉換效率的進一步下降。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝，能夠提高鑄錠的質量，增大晶粒的尺寸，促進晶粒垂直生長，提高晶粒的均勻性和電池片的效率，降低光伏發電的成本。為此，本專利技術還提供一種利用所述坩堝生長準單晶硅鑄錠的方法。為解決上述技術問題，本專利技術的用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝，所述坩堝底部的內壁具有規則的空間分布的三維幾何形狀，所述規則的空間分布的三維幾何形狀由同一形狀的凹坑在二維空間復制排列而形成；所述凹坑由空心的倒立棱錐、空心的第一倒立棱臺和空心的第二倒立棱臺組成，所述第二倒立棱臺、第一倒立棱臺和倒立棱錐自上而下相互連通。所述凹坑的分布方式為直角行列分布。所述坩堝的材質為石英陶瓷。所述倒立棱錐的頂點向下，開口向上；所述第一倒立棱臺的小開口與倒立棱錐的開口重合，大開口與第二倒立棱臺的小開口重合；所述第二倒立棱臺的大開口向上。所述倒立棱錐為正四棱錐；兩個倒立棱臺均為正四棱臺。所述第二倒立棱臺的側面與水平面的夾角為45°，第一倒立棱臺的側面與水平面的夾角為2° 10°，倒立棱錐的側面與水平面的夾角為45°。所述第二倒立棱臺的側棱長度為3mm 15mm,倒立棱錐的側棱長度為Imm 8mm。所述第二倒立棱臺的頂部開口邊長為156mm 157mm。或者，所述第二倒立棱臺的頂部開口邊長為125mm 126mm。本專利技術還提供的利用所述坩堝制備準單晶硅鑄錠的生長方法，熔化的硅料在底部內壁具有規則空間分布的三維幾何形狀的坩堝中進行生長，所述規則的空間分布的三維幾何形狀由同一形狀的凹坑在二維空間復制排列而形成，所述凹坑由空心的倒立棱錐、空心的第一倒立棱臺和空心的第二倒立棱臺組成，所述第二倒立棱臺、第一倒立棱臺和倒立棱錐自上而下相互連通；生長方法包括以下步驟I)熔化的硅料在溫度降低時，從坩堝內壁的凹坑底部頂點處開始生長晶核；2)晶核沿凹坑由下至上立體生長；3)部分晶核生長到達凹坑的上頂面時，停止溫度下降的趨勢并保持溫場的等溫面水平，使所有晶核同時生長到上頂面；4)繼續降低溫度，凹坑內形成的晶粒以柱狀晶的方式垂直向上生長，形成準單晶硅鑄錠。 本專利技術的有益效果在于，能夠提聞鑄淀的質量，增大晶粒的尺寸，提聞晶粒的均勻度，同時促進晶粒垂直生長，減少晶界的數量和晶界處的雜質，使硅錠晶粒的尺寸增大至與硅電池片的尺寸一致，硅錠切片后得到的單個電池的晶體接近于單晶體，實現采用較低成本的鑄造方式制備出準單晶結構的硅電池片，大大降低電池片的成本，提高了電池片的效率。附圖說明下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明圖1是本專利技術實施例坩堝底部內壁的剖視圖2是本專利技術實施例坩堝底部內壁的俯視圖。具體實施方式本專利技術提供的用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝，底部的內壁具有規則的空間分布的三維幾何形狀，所述規則的空間分布的三維幾何形狀由同一形狀的凹坑在二維空間復制排列而形成；所述凹坑由空心的倒立棱錐、空心的第一倒立棱臺和空心的第二倒立棱臺組成， 所述第二倒立棱臺、第一倒立棱臺和倒立棱錐自上而下相互連通。所述凹坑的分布方式為直角行列分布。所述坩堝的材質為石英陶瓷。所述倒立棱錐的頂點向下，開口向上；所述第一倒立棱臺的小開口與倒立棱錐的開口重合，大開口與第二倒立棱臺的小開口重合；所述第二倒立棱臺的大開口向上。所述倒立棱錐為正四棱錐；兩個倒立棱臺均為正四棱臺。所述第二倒立棱臺的側面與水平面的夾角為45°，第一倒立棱臺的側面與水平面的夾角為2° 10°，倒立棱錐的側面與水平面的夾角為45°。所述第二倒立棱臺的側棱長度為3mm 15mm,倒立棱錐的側棱長度為Imm 8mm。所述第二倒立棱臺的頂部開口邊長為156mm 157mm。或者，也可為其它規格的硅片的邊長，如頂部開口邊長為125mm 126mm0每個倒立棱錐的底部頂點在降溫時，由于垂直的溫度梯度，成為晶核的形成點，這樣就確定了晶核的空間分布。同時，在生長過程中，晶核不再沿平坦的底面橫向生長，而是沿凹坑空間從下到上逐漸成為立體生長，而且生長的速度受溫度場的垂直溫度梯度控制， 這樣，即使由于石英陶瓷表面的微結構以及加工誤差形成的所有的倒立棱錐空間頂點可能不在一個平面上，導致開始結晶時各凹坑空間的晶核形成的時間不同，也能夠保證所有的凹坑空間的晶核以接近同一個時刻生長到凹坑的上頂面，只要在晶體到達上底面時將溫度下降的趨勢停止足夠一段時間，并保持溫場的等溫面水平，就能夠保證所有的晶體同時生長到頂面，然后再繼續降低溫度，就使得各凹坑內形成的晶粒開始以柱狀晶的方式垂直向上生長，最終得到一個以相同顆粒和相同形狀的等軸柱狀晶所構成的均勻的多晶硅錠，該柱狀晶的橫截面尺寸與所要加工的太陽能電池尺寸相同，因而得到的每一片硅電池為準單晶結構。成型時，由于有一個錐體的二維平面陣列，因此，加工精度要求比較高。另外，由于底部有幾何結構，因此，會產生許多應力集中點，這樣，在坩堝的加工時的燒結過程中，較易產生裂紋，因此，底部的厚度和強度要加大。本專利技術坩堝的一個實施例，第二倒立棱臺的側面a與水平面的夾角為45°，其側棱長度為3mm,第一倒立棱臺的側面b與水平面的夾角為2° 10° ,倒立棱錐的側面c與水平面的夾角為45°，其側棱長度為1mm。第二倒立棱臺的頂面正方形邊長為156mm。 甘禍的邊長為600mm，高度為420mm本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于制備準單晶硅鑄錠的坩堝，其特征在于：所述坩堝底部的內壁具有規則的空間分布的三維幾何形狀，所述規則的空間分布的三維幾何形狀由同一形狀的凹坑在二維空間復制排列而形成；所述凹坑由空心的倒立棱錐、空心的第一倒立棱臺和空心的第二倒立棱臺組成，所述第二倒立棱臺、第一倒立棱臺和倒立棱錐自上而下相互連通。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：史珺，宗衛峰，程素玲，
申請(專利權)人：上海普羅新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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