硅晶鑄錠的制法以及硅晶鑄錠制造技術

本發明專利技術公開了一種硅晶鑄錠的制法以及硅晶鑄錠，是利用一硅晶種層并基于一方向性凝固制程，來制造硅晶鑄錠，其中，所述硅晶種層硅是由多個主要單晶硅晶種以及多個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種具有非[100]的第一晶向，每一個次要單晶硅晶種具有非所述第一晶向的一第二晶向，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種并與其他主要單晶硅晶種隔開，本發明專利技術無須將兩相鄰單晶硅晶種的邊界接合，也能抑制兩相鄰單晶硅晶種的邊界在硅晶鑄錠制造過程中發展成有害缺陷，且制得的硅晶鑄錠整體有較佳的晶體質量，后續制成的太陽能電池的光電轉換效率也較高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種娃晶鑄錠(crystalline silicon ingot)及其制造方法,并且特別是關于利用一娃晶種層(silicon seed layer)并基于一方向性凝固制程(directionalsolidification process)制造娃晶鑄淀。
技術介紹
大多的太陽能電池是吸收太陽光,進而產生光伏效應(photovoltaic effect)。目前太陽能電池的材料大部份都是以硅材為主，主要是因硅材為目前地球上最容易取到的第二多元素，并且其具有材料成本低廉、沒有毒性、穩定性高等優點，并且其在半導體的應用上已有深厚的基礎。以娃材為主的太陽能電池有單晶娃、多晶娃以及非晶娃二大類。以多晶娃做為太陽能電池的原材，主要是基于成本的考慮，因為其價格相較于以傳統的拉晶法(Czochralski method, CZ method)以及浮動區域法(floating zone method, FZ method)所制造的單晶硅，價格相對地便宜許多。使用在制造太陽能電池上的多晶硅，傳統上是利用一般鑄造制程來生產。利用鑄造制程來制備多晶硅，進而應用在太陽能電池上是眾所皆知的技術。簡言之，將高純度的硅熔融在模內(例如，石英坩堝)，在控制凝固下被冷卻以形成多晶硅鑄錠。接著，所述多晶硅鑄錠被切割成接近太陽能電池尺寸大小的晶圓，進而應用在制造太陽能電池上。以這種方法制造的多晶硅鑄錠為硅結晶晶粒的聚集體，其中在由其制成的晶圓中，晶粒相互之間的晶向實際上是隨機的。在傳統的多晶硅中，晶粒的隨機晶向使得難以對所制成的芯片表面進行粗紋化。表面粗紋化是通過降低光反射并提高通過電池表面的光能吸收，來提高光伏電池的效率。另外，在傳統的多晶硅晶粒之間的晶界中形成的扭折，傾向成核差排的簇集或多條線差排形式的結構缺陷。這些差排以及它們趨向吸引的雜質，造成了由傳統的多晶硅制成的光伏電池中電荷載子的快速復合。這會導致電池的效率降低。由這類多晶硅制成的光電池通常比由單晶硅制成的等效光伏電池的效率低，即使考慮了在由傳統技術制造的單晶硅中所存在的缺陷的徑向分布。然而，因為制造傳統的多晶硅相對簡單且成本更低，以及在電池加工中有效的缺陷鈍化，多晶硅是廣泛用于制造光伏電池的硅材料的形式。關于利用硅晶種并基于方向性凝固制成的先前技術，請參閱美國專利公開號第2010193031號。美國專利公開號第2010193031號揭示利用晶向為[100]的單晶硅作為主要晶種。其期望用于硅單晶太陽能電池制造硅晶圓的晶向為[100]方向，因為利用刻蝕方法方便地形成光捕獲表面(light-trapping surface)。不幸的是,在[100]晶向的晶粒與隨機成核的晶粒競爭的結晶期間[100]晶向的晶粒表現差。為了最大化在鑄錠中引晶的結晶體積，美國專利公開號第20101930 31號揭示利用[111]晶向的硅的邊界包圍[100]晶向的硅晶種面積。所述邊界非常成功地抑制了其他晶向的晶體。以這種方法，能夠鑄造具有高性能的單晶硅及/或雙晶(b1-crystal)硅塊狀體的鑄錠，其最大化所得的晶圓的少數載流子的壽命，所述晶圓用于制造高效太陽能電池。在此，術語單晶硅是指單晶硅的主體，其在整個范圍內具有一個一致的晶體晶向。術語雙晶硅是指如下的硅的主體，其在大于或等于所述主體體積50%的范圍內具有一個一致的晶體晶向，且在主體的剩余體積內具有另一個一致的晶體晶向。例如，這種雙晶娃可以包含具有一個晶體晶向的單晶娃主體，其緊鄰構成結晶硅剩余體積的另一種具有不同晶體晶向的單晶硅主體。此外，傳統的多晶硅是指具有厘米規模的粒度分布的結晶硅，且在硅的主體內具有多種隨機晶向的晶體。然而，實際上利用[100]晶向的單晶硅作為主要晶種，制造所得的硅晶鑄錠，經切片后的硅晶圓制成太陽能電池，其光電轉換效率仍有提升的空間。也就是說，[100]晶向的單晶硅并非作為主要晶種的最佳選擇。此外，為了降低硅晶種層中兩相鄰單晶硅晶種的邊界在硅晶鑄錠制造過程中發展成有害缺陷的機率，美國專利公開號第20100193664號揭示將硅晶種層中兩相鄰單晶硅晶種的邊界接合以消除縫隙。然而，此種作法大幅增加硅晶鑄錠整體的制造成本。
技術實現思路
為了克服上述缺陷，本專利技術提供了一種無須將兩相鄰單晶硅晶種的邊界接合，也能抑制兩相鄰單晶硅晶種的邊界在硅晶鑄錠制造過程中發展成有害缺陷的硅晶鑄錠的制法以及娃晶鑄淀。本專利技術為了解決其技術問題所采用的技術方案是:本專利技術的一種硅晶鑄錠的制法按下述步驟進行:①、裝一硅晶種層至一模內，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種具有一第一晶向，每一個次要單晶硅晶種具有一第二晶向，所述第一晶 向不等于晶向[100]，所述第二晶向不等于所述第一晶向，且所述第一晶向與所述第二晶向之間的夾角不小于35度，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種，且每一主要單晶硅晶種與其他主要單晶硅晶種隔開；②、裝一硅熔湯至所述模內，以使所述硅熔湯與所述硅晶種層接觸；③、基于一方向性凝固制程冷卻所述模，造成所述硅熔湯凝固，以形成包含所述硅晶種層的娃晶鑄淀。由上述制法所制得的硅晶鑄錠，其包含一底部，所述底部包含一硅晶種層，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種具有一第一晶向，每一個次要單晶硅晶種具有一第二晶向，所述第一晶向不等于晶向[100]，所述第二晶向不等于所述第一晶向，且所述第一晶向與所述第二晶向之間的夾角不小于35度，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種，且每一主要單晶硅晶種與其他主要單晶硅晶種隔開。在上述制法與硅晶鑄錠中，所述第一晶向是晶向[110]、晶向[232]和晶向[112]中的其一。所述第二晶向是晶向[100]。在上述制法與硅晶鑄錠中，所述若干個主要單晶硅晶種與所述若干個次要單晶硅晶種交錯排列于所述模內。或者，所述若干個次要單晶硅晶種穿插于所述若干個主要單晶硅晶種之間，進一步，所述若干個主要單晶硅晶種占所述硅晶種層的體積百分比大于80%。當所述若干個次要單晶硅晶種穿插于所述若干個主要單晶硅晶種之間時，穿插于兩個主要單晶硅晶種之間的一個次要單晶硅晶種具有3cm至5cm的寬度。本專利技術的另一種硅晶鑄錠的制法按下述步驟進行:①、裝一硅晶種層至一模內，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種定義一第一頂表面與一第一側表面，且每一主要單晶娃晶種具有一與所述第一頂表面垂直的第一晶向以及一與所述第一側表面垂直的第二晶向，每一個次要單晶硅晶種定義一第二頂表面與一第二側表面，且每一個次要單晶硅晶種具有一與所述第二頂表面垂直的第一晶向以及一與所述第二側表面垂直的第三晶向，所述第一晶向不等于晶向[100]，所述第三晶向不等于所述第二晶向，且所述第三晶向與所述第二晶向之間的夾角不小于35度，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種，且每一主要單晶硅晶種與其他主要單晶硅晶種隔開；②、裝一硅熔湯至所述模內，以使所述硅熔湯與所述硅晶種層接觸；③、基于一方向性凝固制程冷卻所述模，造成所述硅熔湯凝固，以形成包含所述硅晶種層的娃晶鑄淀。其中，所述第一晶向是晶向[110]、晶向[232]和晶向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅晶鑄錠的制法，其特征在于，按下述步驟進行：①、裝一硅晶種層至一模內，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種具有一第一晶向，每一個次要單晶硅晶種具有一第二晶向，所述第一晶向不等于晶向[100]，所述第二晶向不等于所述第一晶向，且所述第一晶向與所述第二晶向之間的夾角不小于35度，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種，且每一主要單晶硅晶種與其他主要單晶硅晶種隔開；②、裝一硅熔湯至所述模內，以使所述硅熔湯與所述硅晶種層接觸；③、基于一方向性凝固制程冷卻所述模，造成所述硅熔湯凝固，以形成包含所述硅晶種層的硅晶鑄錠。

【技術特征摘要】
1.一種硅晶鑄錠的制法，其特征在于，按下述步驟進行: ①、裝一硅晶種層 至一模內，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要單晶硅晶種具有一第一晶向，每一個次要單晶硅晶種具有一第二晶向，所述第一晶向不等于晶向[100]，所述第二晶向不等于所述第一晶向，且所述第一晶向與所述第二晶向之間的夾角不小于35度，每一主要單晶硅晶種緊鄰至少一個次要單晶硅晶種，且每一主要單晶硅晶種與其他主要單晶硅晶種隔開； ②、裝一硅熔湯至所述模內，以使所述硅熔湯與所述硅晶種層接觸； ③、基于一方向性凝固制程冷卻所述模，造成所述硅熔湯凝固，以形成包含所述硅晶種層的娃晶鑄淀。2.根據權利要求1所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:所述第一晶向是晶向[110]、晶向[232]和晶向[112]中的其一。3.根據權利要求2所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:所述第二晶向是晶向[100]。4.根據權利要求2所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:所述若干個主要單晶硅晶種與所述若干個次要單晶硅晶種交錯排列于所述模內。5.根據權利要求2所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:所述若干個次要單晶硅晶種穿插于所述若干個主要單晶硅晶種之間。6.根據權利要求5所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:所述若干個主要單晶硅晶種占所述硅晶種層的體積百分比大于80%。7.根據權利要求5所述的硅晶鑄錠的制法，其特征在于:穿插于兩個主要單晶硅晶種之間的一個次要單晶硅晶種具有3cm至5cm的寬度。8.根據權利要求1所述的硅晶鑄錠的制法所制得的硅晶鑄錠，其包含一底部，其特征在于:所述底部包含一硅晶種層，所述硅晶種層是由若干個主要單晶硅晶種以及若干個次要單晶硅晶種所構成，每一主要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：藍文杰，劉泳呈，余文懷，許松林，徐文慶，藍崇文，
申請(專利權)人：昆山中辰矽晶有限公司，
類型：發明
國別省市：