[发明专利]硅锭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电硅片制造技术领域，尤其涉及一种硅锭的制备方法。

背景技术

目前，提升太阳能电池效率的研究多集中在电池制作工艺的改良及高效电池结构的设计，前者如BSF技术，后者如三洋的HIT（Heterojunction with intrinsic Thinlayer结构，即在P型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与n型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜）结构电池，尽管可以制作出效率高出一般商用化产品的电池，但因制程过于复杂、成本过高，而难以大规模推广。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研究的热点。

除电池工艺因素外，传统多晶硅片的缺陷过多，如晶界和位错密度过高，也是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。传统多晶硅片内的位错产生原因一方面是硅锭内碳含量过高，碳原子较硅原子半径小，会引起较大的晶格畸变，产生大量位错；另一方面是传统定向凝固方法的局限性，晶体生长初期，熔体在石英坩埚壁上形核，形成的晶核杂乱无章，晶体内存在较大的位错密度，后期位错增殖，造成整锭位错密度过高。上述位错产生的两个原因中后者占主要地位。若采用类单晶（又叫准单晶）技术，则会大大提高生产成本，量产化太低。

因此，有必要提供一种改进的硅锭的制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品质硅锭的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种硅锭的制备方法，所述方法包括以下步骤： S1，在坩埚底部中央位置放置若干单晶硅块，在坩埚底部未放置单晶硅块的区域均匀铺设，在单晶硅块上方放置一具有规则形状的多晶复熔硅块，最后装入铸锭用硅原料；S2，将上述装有硅料的坩埚放置于一定向凝固铸锭炉中抽真空，然后加热至一定温度后向上打开定向凝固铸锭炉侧部隔热笼至一定位置，保持坩埚底部温度低于碎硅料的熔点且坩埚上下具有较大温差，再调节控温热电偶控制硅原料熔化界面的推进速度，待碎硅料部分熔化后进入长晶阶段；S3，进入长晶阶段后调节控温热电偶的温度和侧部隔热笼向上移动的速率，使热量向下辐射而使熔硅在未熔化的单晶硅块和碎硅料上生长；S4，待熔硅结晶完后经退火和冷却形成中心部分为单晶、边缘部分为均匀小晶粒的硅锭。

作为本发明的进一步改进，所述制备方法在S1步骤之前还包括：在坩埚内壁均匀喷涂50-60um厚度的高纯氮化硅涂层，然后将喷涂后的坩埚放置在坩埚烧结炉内加热至1000℃并保温4-6小时后冷却。

作为本发明的进一步改进，S1步骤中设置有9块所述单晶硅块，并且每块所述单晶硅块边长为150-160mm、厚度为30mm；所述的具有规则形状的多晶复熔硅块为边长为150-160mm、厚度为25-50mm的正方形多晶复熔硅块。

作为本发明的进一步改进，S1步骤中所述的单晶硅块为正方形，晶向为（100）。

作为本发明的进一步改进，S1步骤中所述的碎硅料为以下硅料中的一种或几种：尺寸小于6mm的原生多晶碎料，太阳能级多晶或单晶碎硅片、电子级单晶碎硅片、尺寸小于6mm的硅烷法制备的颗粒硅、以及尺寸小于5cm的多晶硅块。

作为本发明的进一步改进，所述S1步骤中装完硅料后还包括将装有硅料的坩埚放置在石墨底板上，并在坩埚外侧安装石墨护板，然后在石墨护板外侧缠绕石墨软毡。

作为本发明的进一步改进，所述石墨护板下方加工有凹槽，所述凹槽宽度为600-750mm，高度为20-30mm。

作为本发明的进一步改进，所述石墨软毡高度为100-270mm，厚度为10-30mm。

作为本发明的进一步改进，S2步骤中所述的加热到一定温度是指加热到1200-1500℃。

作为本发明的进一步改进，S2步骤中所述的向上打开定向凝固铸锭炉侧部隔热笼的位置为5-6cm。

作为本发明的进一步改进，S2步骤中所述的坩埚底部温度为1320-1350℃。

作为本发明的进一步改进，S2步骤中所述的较大温差为170-190℃。

作为本发明的进一步改进，S2步骤中所述的控温热电偶的温度调节范围为1500-1550℃。

作为本发明的进一步改进，S3步骤中所述的侧部隔热笼向上移动的速率为0.5-0.6cm/h。

作为本发明的进一步改进，S3步骤中所述隔热笼的最高移动位置为14cm。