[发明专利]准单晶硅的制备炉及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及准单晶硅的制备领域，特别是涉及一种准单晶硅的制备炉及制备方法。 

背景技术

太阳能电池起源于半导体中的光生伏特效应，当能量大于半导体材料的禁带宽度的一束光垂直入射到pn结表面，光子将在离表面一定深度的范围内被吸收，如果结深小于光吸收系数a的倒数1/a，入射光在结附近产生电子空穴对。离结区小于扩散长度内的光生载流子通过扩散到达结区，然后与产生于结区内的光生载流子汇集，形成自n区向p区的光生电流。由于光生载流子的漂移，形成电荷堆积，产生一个与结电场方向相反的电场，它补偿结电场，使pn结正向电流增大。当pn结正向电流与光生电流相等时，结两端建立起一定的电势差，即光生电压。可以作为太阳能电池的有源层材料主要有IV族元素半导体Si、Ge，III-V族化合物半导体GaAs，还有II-VI族元素等等，目前的光伏器件还主要是采用单晶硅或多晶硅材料，通过形成pn结进行光电转换。 

据美国市场调查公司（International Data Corperation）能源视点数据显示：全球太阳能光伏组件发货量预计将从2010年到2015年以5.7%的年复合增长率增长，伴随着亚太地区和美国期望明显的涨幅，其生产量将在2015年达到30GW。在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高，技术成熟而占据了整体太阳能电池90%以上的份额，今后十年内晶体硅仍将占主导地位，硅锭和硅片作为太阳能电池的主要原料，其需求量巨大。目前，太阳能电池所用的多晶硅锭一般采用铸锭方式获得，生产设备和生产工艺非常成熟，已经可以获得800Kg的多晶硅锭，硅单晶比多晶硅发电效率要高20%左右，但是单晶硅均是基于提拉法的拉单晶工艺生长而成，拉单晶工艺中拉出的单晶棒是明显的散热源，所以在工艺过程中存在能耗较高的缺点，生产效率低，其性价比差。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种准单晶硅的制备炉及制备方法，能利用一块籽晶制备超大颗粒的准单晶硅的，具有成本低、能耗小、生长质量高的优势，有利于太阳能电池生产成本降低，从而解决目前拉单晶工艺制备单晶棒时存在能耗较高的问题。 

解决上述技术问题的技术方案如下： 

本发明提供一种准单晶硅的制备炉，包括： 

炉体、夹持机构、支撑杆、冷却管路、坩埚、石墨块、升降机构、加热装置和保温壁；其中， 

所述坩埚设置在所述炉体内的底部，所述坩埚底部通过所述石墨块设置在伸出至所述炉体外的所述升降机构上； 

所述坩埚外周设置所述加热装置，所述加热装置与所述炉体内壁之间设置所述保温壁； 

所述夹持机构通过所述支撑杆设置在所述坩埚上方的所述炉体内，所述夹持机构与伸出至所述炉体外的所述冷却管路连接。 

本发明还提供一种准单晶硅的制备方法，采用本发明的制备炉，制备炉的夹持机构上夹持单晶籽晶，坩埚内设置硅粒； 

该方法包括以下步骤： 

炉体预热：将制备炉的炉体内抽真空至0.8～1.2MPa，通过加热装置将炉体内加热至1100～1300℃进行预热，预热7～9小时； 

硅熔化：通过加热装置使制备炉的坩埚内升温至1500℃，使坩埚内设置的硅粒熔化成硅液，熔化时间为5小时，形成硅液的过程中对炉体进行充气保护； 

晶体生长：通过制备炉的升降机构将坩埚缓慢升起使其表面与夹持机构夹持的单晶籽晶接触，并通过夹持机构连接的冷却管路对单晶籽晶冷却，硅液沿着单晶籽晶晶向开始生长；生长过程中，向炉体内持续充入保护气体，控制加热装置的加热量使炉体内温度保持在1350～1450℃，直至生长过程完成； 

退火：控制加热装置，使制备炉的炉体内温度从1400℃降至1000℃，退火时间4.5～5.5小时，退火过程中持续充入保护气体； 

冷却：控制加热装置，使制备炉的炉体内温度从1000℃降至室温，冷却时间为5.5～6.5小时，冷却后即完成准单晶硅的制备。 

本发明的优点在于：制备炉的炉体设计简单，不需要像提拉法生长所需的旋转机构即可实现超大体积、准单晶的制备，其成本低、能耗小、生长质量高，有利于太阳能电池生产成本降低，对于降低太阳能电池片生产成本和提高太阳能电池片效率具有重要意义。 

附图说明