一種籽晶的制備方法及類單晶硅錠的鑄造方法技術

本發明專利技術公開了一種籽晶的制備方法，該方法包括如下步驟：S1：提供收容有原生多晶硅和電性摻雜劑的坩堝；S2：將所述坩堝放置于直拉單晶爐內進行拉制以獲得直徑為223-225mm的單晶圓棒；S3：將所述單晶圓棒經過截斷、剖方、以獲得單晶方棒，對所述單晶方棒進行切片制得單晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶硅錠的鑄造。與現有技術相比，本發明專利技術的有益效果是：通過本發明專利技術所提供的籽晶制備方法制備的籽晶為長方體并不具有倒角，避免了多個籽晶拼接處產生晶體分裂，在采用該籽晶鑄造類單晶硅錠時可大幅提升類單晶硅錠的質量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種籽晶的制備方法，以及一種利用籽晶制造類單晶硅錠的鑄造方法。
技術介紹
能源和環境是當今世界廣泛關注的兩大問題，太陽能作為一種可再生的綠色能源自然成為人們開發和研究的焦點。自1954年美國貝爾實驗室成功研制出第一塊單晶硅太陽能電池以來，經過全球科技和產業界的不懈努力，太陽能電池技術和產業得到了巨大發展。而太陽能電池的發展主要是建立在半導體硅材料的基礎上。一般情況下，單晶硅的制備是利用直拉技術或區熔技術而獲得的，可以用在電子工業和太陽能光伏工業，它制備的太陽電池效率高，但是晶體制備成本高、能耗高。而多晶硅的制備則是利用鑄造技術，制造成本低，但制備的太陽能電池效率相對較低。為了結合單晶硅制備和多晶硅制備的優點，目前業界推出了一種介于單晶硅和多晶硅之間的類單晶，即利用多晶硅的鑄造技術制備出效率接近單晶硅的類單晶硅，具體來說，是利用定向凝固技術制備類單晶硅塊，其中多采用單晶硅塊作為籽晶放置于坩堝的底部，多晶硅錠置于單晶硅錠上部，然后按照多晶鑄錠的方式進行加熱熔化，并且保證籽晶不被完全熔化掉，確認籽晶達到所要求高度后，進入長晶階段，通過調節溫度和隔熱系統的升降速率，建立合適的溫度梯度，并保持固液界面微凸，確保熔硅在未熔的籽晶上開始生長。對于類單晶鑄錠，籽晶的質量是決定類單晶硅錠質量 的關鍵因素，目前行業內廣泛采用的籽晶不是標準的正方形，而是存在較大的倒角，在類單晶硅錠晶體生長過程中，硅錠容易在籽晶拼接處產生晶體分裂，從而降低了類單晶硅錠的質量。因此，有必要提出一種新的籽晶制備方法及一種利用上述籽晶鑄造類單晶硅錠的方法來解決上述問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種籽晶制備方法及類單晶硅錠的鑄造方法可以解決因籽晶存在倒角，造成多個籽晶拼接處產生晶體分裂從而降低制備的類單晶硅錠的質量問題。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案:一種籽晶的制備方法，該方法包括如下步驟: S1:提供收容有原生多晶硅和電性摻雜劑的坩堝； S2:將所述坩堝放置于直拉單晶爐內進行拉制以獲得直徑為223-225mm的單晶圓棒；S3:將所述單晶圓棒經過截斷、剖方、以獲得單晶方棒，對所述單晶方棒進行切片制得單晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶硅錠的鑄造。為解決上述技術問題，本專利技術還提供如下技術方案:一種類單晶硅錠的鑄造方法，該方法包括如下步驟:511:提供坩堝、和收容于所述坩堝內部的硅塊，所述硅塊包括位于坩堝底部的單晶硅塊、和位于所述單晶硅塊上表面的多晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶娃淀的鑄造； 512:提供位于所述坩堝周側的加熱器以加熱該坩堝內部的硅塊； 513:提供位于所述加熱器周側的隔熱器以隔絕該加熱器對所述坩堝內部加熱作用； S14:定義垂直于所述坩堝底部向上為第一方向，調節所述加熱器的溫度、和控制所述加熱器與隔熱器的相對位置使得坩堝內部形成第一方向上的溫度梯度，所述溫度梯度使得硅塊部分熔化并形成固-液交界面，所述未熔化硅塊只包括單晶硅塊； S15:調節所述加熱器的溫度、和隔熱器沿著第一方向的移動速度以控制該固-液交界面沿著第一方向移動速度，以實現熔化的硅塊在未熔化的單晶硅塊上沿第一方向定向凝固，定向凝固生成的硅塊經過退火、和冷卻以得到類單晶硅錠。作為本專利技術的進一步改進，所述S14步驟包括所述S14步驟包括加熱所述坩堝內部至第一溫度區間、及較第一溫度區間更高的第二溫度區間。作為本專利技術的進一步改進，所述S14步驟包括加熱坩堝內部至第一溫度區間后調節所述隔熱器至第一位置，進而控制所述加熱器對坩堝內部加熱至第二溫度區間，以使得坩堝內硅塊沿第一方向開始熔化。作為本專利技術的進一步改進，所述S14步驟中第一溫度區間為1180-1220°c、第二溫度區間為1500-1550°C。作為本專利技術的進一步改進，所述S15步驟中包括多晶硅塊開始熔化時保持坩堝內溫度在第三溫度區間。作為本專利技術的進一步改進，所述S15步驟中包括保持坩堝內溫度在第三溫度區間時，調節所述加熱器至第二位置，以使得坩堝內硅塊達到穩定長晶。作為本專利技術的進一步改進，所述S15步驟中第三溫度區間為1420_1460°C。作為本專利技術的進一步改進，所述S15步驟中調節所述加熱器至第二位置包括以速率為0.5-0.7cm/h打開所述隔熱器。作為本專利技術的進一步改進，所述S15步驟包括對定向凝固生成的類單晶硅錠的剖方、切片以制得太陽電池用類單晶硅片。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是:通過本專利技術所提供的籽晶制備方法制備的籽晶為長方體并不具有倒角，避免了多個籽晶拼接處產生晶體分裂，在采用該籽晶鑄造類單晶硅錠時可大幅提升類單晶硅錠的質量。附圖說明圖1為本專利技術的優選實施方式中籽晶的制備方法的流程 圖2為本專利技術的優選實施方式中類單晶硅錠的鑄造方法的流程 圖3為本專利技術的優選實施方式中類單晶硅錠的鑄造方法中坩堝裝料示意 圖4為圖3所示的類單晶硅錠的鑄造方法中坩堝裝料后另一角度的示意圖。具體實施例方式以下將結合附圖所示的各實施例對本專利技術進行詳細描述。但這些實施例并不限制本專利技術，本領域的普通技術人員根據這些實施例所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本專利技術的保護范圍內。本專利技術提供了一種籽晶制備方法。如圖1所示，本專利技術一實施例中，該方法包括如下步驟: S1:提供收容有原生多晶硅和電性摻雜劑的坩堝I。優選的，采用太陽能二級品以上的原生多晶硅作為原料放置入18寸的石英坩堝以保證本專利技術所制備的籽晶的質量。而在硅原料中添加所述電性摻雜劑可以改變本專利技術所制得籽晶的電阻率以適應不同的電性需求，常見電性摻雜劑有硼、鎵、砷、磷等特殊II1、V族元素，同時增加電性摻雜劑還可以提升硅塊的金屬性能。S2:將所述坩堝I 放置于直拉單晶爐內進行拉制以獲得直徑為223-225mm的單晶圓棒。其中，采用拉提法制備單晶圓棒包括:提供適配的籽晶接觸加熱后的熔硅液面，然后慢慢向上提拉，液體硅在籽晶下端部逐漸形成結晶；進而所述結晶晶體進入等直徑生長階段，每隔一段時間停止坩堝I轉動，或每隔一段時間停止結晶晶體轉動，或每隔一段時間逆向緩慢轉動結晶晶體，直至等直徑生長階段完畢；最后，逐漸提高籽晶拉速，使結晶晶體直徑逐漸收細，最終得到需求的單晶圓棒。本專利技術的實施例中，制備直徑為223-225mm的9寸單晶圓棒以滿足后續制備籽晶的需求。S3:將所述單晶圓棒經過截斷、剖方、以獲得單晶方棒，對所述單晶方棒進行切片制得單晶硅塊2以作為籽晶用于類單晶硅錠的鑄造，所述單晶硅塊2為長方體。本專利技術的實施例中，以直徑為223-225_的9寸單晶圓棒制備單晶方棒，保證對于單晶圓棒的最大利用率，所述單晶方棒截面為邊長156mm的正方形。優選的，對單晶方棒進行切片處理制作出3cm厚的單晶硅塊2，并且所述單晶硅塊2為標準長方體，即不具有倒角，因倒角的存在會造成多個單晶硅塊2拼接處結合不夠緊密，由此在后述的類單晶硅錠制備過程中，此拼接處容易產生晶體分裂，從而影響類單晶硅錠的質量，本專利技術所制備的籽晶可以有效的保證后續制備類單晶硅錠的質量。本專利技術還提供了一種類單晶硅錠的鑄造方法。如圖2所示，本專利技術一實施例中，該方法包括如下步驟: Sll:提供坩堝1、和收容于所述坩堝I內部的硅塊，所述硅塊包括位于坩堝I底本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種籽晶的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：S1：提供收容有原生多晶硅和電性摻雜劑的坩堝；S2：將所述坩堝放置于直拉單晶爐內進行拉制以獲得直徑為223?225mm的單晶圓棒；S3：將所述單晶圓棒經過截斷、剖方、以獲得單晶方棒，對所述單晶方棒進行切片制得單晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶硅錠的鑄造。

【技術特征摘要】
1.一種籽晶的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: S1:提供收容有原生多晶硅和電性摻雜劑的坩堝； 52:將所述坩堝放置于直拉單晶爐內進行拉制以獲得直徑為223-225mm的單晶圓棒； 53:將所述單晶圓棒經過截斷、剖方、以獲得單晶方棒，對所述單晶方棒進行切片制得單晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶硅錠的鑄造。2.一種類單晶硅錠的鑄造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 511:提供坩堝、和收容于所述坩堝內部的硅塊，所述硅塊包括位于坩堝底部的單晶硅塊、和位于所述單晶硅塊上表面的多晶硅塊，所述單晶硅塊為長方體并作為籽晶用于類單晶娃淀的鑄造； 512:提供位于所述坩堝周側的加熱器以加熱該坩堝內部的硅塊； 513:提供位于所述加熱器周側的隔熱器以隔絕該加熱器對所述坩堝內部加熱作用； S14:定義垂直于所述坩堝底部向上為第一方向，調節所述加熱器的溫度、和控制所述加熱器與隔熱器的相對位置使得坩堝內部形成第一方向上的溫度梯度，所述溫度梯度使得硅塊部分熔化并形成固-液交界面，所述未熔化硅塊只包括單晶硅塊； S15:調節所述加熱器的溫度、和隔熱器沿著第一方向的移動速度以控制該固-液交界面沿著第一方向移動速度，以實現熔化的硅塊在未熔化的單晶硅塊上沿第一方向定向凝固，定向凝固生成的硅塊經過退火、和冷卻以得到類單晶硅錠。3.根據權利要求2所述的類單晶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許濤，李飛龍，
申請(專利權)人：阿特斯中國投資有限公司，阿特斯光伏電力洛陽有限公司，
類型：發明
國別省市：