[发明专利]制备大晶粒铸锭多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备大晶粒铸锭多晶硅的方法。

背景技术

铸锭多晶因具有成本低的优点，在晶体硅光伏电池领域逐渐占据主流。但由于铸锭多晶硅内存在大量的微缺陷，如晶界和位错等。这类微缺陷具有不同于完美晶体周期性结构的原子排列方式，作为电活性中心而显著影响着多晶硅的少子复合寿命，使多晶硅光伏电池的光电转换效率低于单晶硅1～2％。

目前多晶硅铸锭所用的普通石英坩埚内壁喷有脱模剂氮化硼，硅熔体在定向凝固时晶粒生长呈随机分布趋势，晶粒粒度分布在0.1～10mm范围，晶界密度较高。晶界不仅作为很强的少子复合中心而影响电池效率，也易作为缺陷的存在而影响后续的硅片切割，降低切割良率。

针对上述缺点，BP Solar申请了一系列采用籽晶诱导来生长铸锭单晶的专利(US20110129403A1、US20100203350A1、US20100197070A1、US20100193989A1等)，浙江大学杨德仁教授等(CN200910152970.2)也提出了一种在坩埚底部铺满单晶籽晶来诱导铸锭多晶的生长，从而得到一种单晶向、柱状大晶粒的铸锭多晶硅的制备方法。该方法确实能得到晶界明显降低甚至接近为零的铸锭多晶，但存在两个缺点：(1)所用单晶籽晶成本较高；(2)籽晶完全不熔化或者全部熔化都不能起到诱导多晶生长的作用，工艺窗口窄，不利于产业化时大规模推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：(1)所用单晶籽晶成本较高；(2)籽晶完全不熔化或者全部熔化都不能起到诱导多晶生长的作用，工艺窗口窄，不利于产业化时大规模推广。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种制备大晶粒铸锭多晶硅的方法，采用高熔点的大晶粒薄膜来诱导多晶硅晶粒的定向生长，大晶粒薄膜的晶粒的晶面与晶体硅的某个晶面能有效匹配。

具体步骤为：

a)在喷涂有脱模剂的铸锭坩埚底部铺一层大晶粒薄膜；

b)向上述坩埚内装入硅料和掺杂剂，依次进行装炉、抽取真空、气氛保护、定向凝固、冷却和出炉。

在步骤b的定向凝固过程中，在坩埚纵向形成梯度为0.1～30℃/cm的温度梯度，使得熔化的硅料定型凝固。

大晶粒薄膜为金属的高纯氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物或硼化物；或者为高纯的氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼；熔点高于1480℃，纯度≥99.9％。

坩埚底部是平整的，或者坩埚底部由凹坑和凸起组成，凹坑和凸起交替排列，大晶粒薄膜籽晶置于凹坑底部，凹坑深度为0.1～15mm，凹坑面积为1～1600cm2。

凹坑和凸起为正方形、长方形、正三角形或多边形，凹坑和凸起具有一定坡度的斜面，凹坑深度为0.5～10mm，凹坑面积为5～800cm²。

坩埚种类包括石英坩埚、石墨坩埚、碳化硅坩埚、氮化硅坩埚、炭炭复合材料坩埚。

大晶粒薄膜的厚度为0.01～500μm，在垂直方向的晶粒粒径为10～400mm。

大晶粒薄膜通过化学气相沉积法、物理气相沉积法、等离子喷涂或分子束外延法制备得到。

采用化学液相沉积法制备时，是用软模板法来诱导得到大晶粒薄膜，或者所用的模板可以通过化学溶液清洗去除掉，从而得到大晶粒薄膜。

本发明的有益效果是：通过本方法制备得到的铸锭多晶硅晶体，具有晶粒粗大的特征，平均晶粒粒度大于20mm，硅片少子寿命比采用相同铸锭工艺而无薄膜诱导生长的铸锭多晶高30％以上，制备成光伏电池片，转换效率的绝对值比采用相同铸锭工艺而无薄膜诱导生长的铸锭多晶高0.5～1.5％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的薄膜诱导大晶粒铸锭多晶生长示意图；

具体实施方式

如图1所示，一种制备大晶粒铸锭多晶硅的方法，采用高熔点的大晶粒薄膜来诱导多晶硅晶粒的定向生长，在水平方向上，大晶粒薄膜的晶粒的晶面与晶体硅的某个晶面能有效匹配。

大晶粒薄膜为金属的高纯氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物或硼化物；或者为高纯的氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化硼；熔点高于1480℃，纯度≥99.9％。