[发明专利]一种籽晶铺设方法、铸造准单晶硅锭的方法及准单晶硅片

说明书

技术领域

本发明属于准单晶硅锭铸造技术领域，特别涉及一种用于铸造准单晶硅锭的籽晶铺设方法、铸造准单晶硅锭的方法、准单晶硅片及太阳电池。 

背景技术

能源和环境是当今世界广泛关注的两大问题，太阳能作为一种可再生的绿色能源已经成为人们开发和研究的焦点。目前世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮，太阳能电池技术得到了快速的发展。 

根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、以非晶硅、多晶硅和单晶硅为材料的太阳能电池；2、以Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等多元化合物为材料的太阳能电池；3、以铜铟硒（CuInSe₂）为材料生产的太阳能电池；4、以其他材料生产的太阳能电池。太阳能电池对材料的一般要求是：1、半导体的晶带不能太宽；2、要有较高的光电转换效率；3、材料本身对环境不造成污染；4、材料来源广泛，并且材料的性能稳定。综合以上几方面因素考虑，硅材料是理想的、目前利用最多的太阳能电池材料。 

目前硅材料中应用最普遍的是晶体硅材料，包括单晶硅和多晶硅，晶体硅太阳能电池最突出的特点是它的稳定高效性。晶体硅材料的制备方法包括：单晶硅的直拉（Czochralski）法和区熔（Floating Zone）法以及多晶硅的定向凝固法（Directional Solidification）。定向凝固法可以生产大的多晶硅锭，相对于目前的单晶硅制备方法，其生长工艺过程简单，生产成本低，并且在硅锭开方时可以获得大的方形多晶硅片，降低了下游电池加工过程中的成本。 

然而，相对于直拉单晶硅，铸造多晶硅太阳电池的效率要低1-2%，其主要原因是由于铸造多晶硅中存在大量的晶界和位错，它们会在硅禁带中引入深能级，成为光生少数载流子的有效复合中心，降低电池的光电转换效率。 

准单晶（Mono Like，又可称为近单晶、类单晶）铸锭技术是基于多晶硅铸锭工艺，在长晶时通过单晶籽晶引晶，获得外观和电性能均类似单晶的准单晶硅片，这种技术的能耗接近普通多晶硅铸锭工艺，但所生产的准单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简而言之，准单晶铸锭技术就是用近于制造多晶硅锭的成本来生产单晶硅锭的技术。 

准单晶铸锭技术主要可分为两种： 

（1）无籽晶铸锭。无籽晶引导铸锭工艺对晶核初期成长控制过程要求很高，一种方法是使用底部开槽的坩埚，这种方式的要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，开槽的尺寸以及冷却速度决定了晶粒的尺寸，开槽有助于增大枝晶晶粒；由于需要控制的参数较多和形核过程的随机性质，无籽晶铸锭工艺较难实现可重复的大晶粒生长。

（2）有籽晶铸锭。当下量产的准单晶技术大部分为有籽晶铸锭。这种技术先把单晶籽晶硅块，多晶硅料和掺杂元素放置在坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部，再加热融化硅料，并通过坩埚底部的主动或被动冷却控制实现籽晶的部分融化，最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保硅晶体从剩余籽晶位置开始向上生长，得到准单晶硅锭。 

由于单晶是从籽晶位置开始生长的，因此，籽晶的铺设方法成为影响长成的单晶的品质的关键因素。公开号为CN102268764A，名称为多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池的中国发明专利申请，公开了一种在坩埚底部铺设大块的方形籽晶或者矩形籽晶的方法，大块籽晶间的接缝的宽度在0毫米至10毫米之间，但是这种铺设方法存在以下缺点：长成的硅锭在籽晶的接缝处会产生大量的位错。为了减少位错，该专利的进一步的改进的技术方案是在接缝处形成倒角，然后将小颗粒的硅原料和/或硅粉装载到籽晶层的上方，以填充籽晶间的接缝。这样的铺设方法虽然能够减少位错，但是会在接缝处的上方长成多晶硅，而且随着向上生长，多晶硅的体积越来越大。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在利用有籽晶铸锭技术铸造准单晶硅锭时能够在长成的硅锭中的籽晶间的接缝处抑制位错生成的籽晶铺设方法、铸造准单晶硅锭的方法、及采用上述方法制造的准单晶硅片及太阳电池。