[发明专利]一种高效多晶硅锭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效多晶硅锭的制备方法，属于多晶硅铸锭技术领域。

背景技术

目前现有技术中的多晶硅锭主要是采用美国GT Solar公司提供的定向凝固系统进行制备，该方法通常包括加热、熔化、长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，通过对上端温度控制和侧边保温罩开度进行控制，使得熔融硅液在坩埚底部获得足够的过冷度凝固结晶。但在长晶初期，由于坩埚底部属于各项同性结构，使得硅液结晶时初始形核不能得到有效控制，形核过程极易形成位错，导致晶向无规律分布，晶界呈现无规则状态，晶粒大小分布不均匀（晶粒粒径跨度从几十微米到十几厘米），因此通过该方法制备多晶硅锭效率不高，越来越难以满足现有市场对于高效率硅片的需求。

针对常规铸锭方式所生产的多晶硅锭位错密度高、晶界无规则分布和晶粒分布不均匀等问题，国内部分铸锭厂家借鉴了类单机的生长工艺，通过在坩埚底部铺设碎多晶硅料等方法，利用硅料半熔工艺制得了晶粒分布均匀的高效多晶硅锭，其中最为知名的如台湾中美矽晶的A3+硅片，国内的协鑫S2+和赛维的M2+硅片等。虽然利用半熔引晶生长技术，可以获得位错密度低、晶界结构规则且晶粒分布均匀的高效多晶硅锭，但存在以下缺陷：（1）半熔引晶生长工艺在熔化阶段，需要通过插入高纯石英棒来控制硅料的熔化高度，操作难度高；（2）半熔引晶生长工艺由于在熔化阶段存在部分未熔化硅料，导致硅锭底部的硅料凹凸不平整，且在侧面有气孔存在，使得硅料难以打磨回收再利用，导致硅料损耗较大；（3）半熔引晶生长工艺由于底部有未熔化的硅料，导致单锭的硅料有效利用部分相较传统硅锭生产工艺有明显降低，且加工成本较高，不利于光伏平价上网目标的实现。

因而需要探索一种新的多晶硅锭的制备方法，以解决上述存在的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种高效多晶硅锭的制备方法，所述方法可制得转换效率高的多晶硅锭，制得的多晶硅锭晶粒细小且分布均匀，对应晶砖少子寿命高且低少子寿命杂质点少，无明显枝晶和孪晶产生。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种高效多晶硅锭的制备方法，所述方法步骤如下：（1）将硅溶胶与高纯石英砂料浆按5︰5－7︰3的质量比混合均匀形成混合浆料，将混合浆料刷涂在多晶硅铸锭炉的坩埚的内底部形成粘结层；（2）再将形核源刷涂或洒涂在所述粘结层上形成形核源层，所述形核源的粒度为30－100目，形核源层的厚度为1－2mm；（3）然后在500－700℃下烘干2－4h；（4）再在形核源层的上层及坩埚的内侧壁刷涂氮化硅涂层；（5）然后再在位于形核源层上方的氮化硅涂层上铺设一层形核源保护层，以防止形核源在装料过程中遭到破坏，所述形核源保护层由完整的片状废硅料铺设而成，所述保护层的厚度为1－20mm；（6）向坩埚内装载固体硅料，关闭多晶硅铸锭炉的保温罩，加热坩埚至1530－1560℃直至固体硅料完全熔化成硅液；（7）通过调整多晶硅铸锭炉的加热功率来控制坩埚内部的温度梯度，使得坩埚内部形成由底部向上的垂直温度梯度，打开保温罩，将保温罩升高5－8cm，将多晶铸锭的顶部中央区域温度（TC1）降低至1420－1432℃，使得坩埚底部温度降低，坩埚底部硅液处于过冷状态，利用形核源层形核结晶从而得到高效多晶硅锭，所述形核结晶过程中过冷度控制在-10～-35K。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述硅溶胶的固含量为40－41%，粒径为25－29nm。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述高纯石英砂料浆的固含量为80－85%，所含高纯石英砂的粒度为300－400目，高纯石英砂中SiO₂的质量百分含量≥99.98%。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述形核源选自高纯石英砂或高纯氮化硅中的一种或两者的混合物，所述形核源的粒度为30－100目。所述高纯石英砂中SiO₂的质量百分含量≥99.98%，所述高纯氮化硅中氮化硅的质量百分含量≥99.999%。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述形核源选自高温下不与硅发生反应的硅系材料。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述氮化硅涂层中氮化硅与水的质量比为1︰3。

上述的一种高效多晶硅锭的制备方法，其中，所述完整的片状废硅料为完整的单晶8寸硅片、完整的多晶8寸硅片或完整的12寸电子级晶圆片中的一种或几种。

坩埚内各层结构设置的原理说明：