[发明专利]制备多晶硅的方法

说明书

本发明的目的是生产多晶硅的方法，其包括以下步骤：提供用于接收硅熔体的坩埚，所述坩埚包含底部和内表面，其中至少所述坩埚的底部具有涂层，所述涂层包含一种或多种选自Si₃N₄、氧化的Si₃N₄和SiO₂的化合物；在所述坩埚中布置硅层与所述坩埚底部的涂层接触；在所述坩埚中布置多晶硅与所述硅层接触；加热所述坩埚，直到所述多晶硅和所述硅层完全熔化，以得到硅熔体；定向凝固所述硅熔体以形成多晶硅块，其特征在于，在加热所述坩埚和/或熔化所述硅层时，硅层释放还原剂。

本发明涉及制备多晶硅的方法。

多晶硅用于制造光伏行业的太阳能电池。对于多晶硅，晶体具有不同的晶体取向。相对比，对于单晶硅，整个晶体具有相同的晶体取向。

用于制备单晶硅或多晶硅的原料是多晶硅。

通常通过西门子工艺制备多晶硅。这包括通过在钟形反应器(西门子反应器)中直接通入电流来加热硅的细丝棒(细棒)并引入包含含硅组分和氢气的反应气体。

另一个方案是在流化/移动床反应器中制备粒状多晶硅。这通过在流化床中使用气流使硅颗粒流体化来实现，通过加热装置将该床加热到高温。含硅反应气体的添加使得在热颗粒表面产生沉积反应。从而元素硅沉积在硅颗粒上，单个颗粒的直径增加。

反应气体的含硅组分通常为甲硅烷或通式为SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。所述组分优选为氯硅烷或氯硅烷混合物，特别优选三氯硅烷。主要使用SiH₄或SiHCl₃(三氯硅烷，TCS)与氢气的混合物。

对于光伏行业中的应用，该多晶硅需要进一步结晶。

已知提拉和铸造工艺用于生产单晶硅或多晶硅。

可以通过坩埚提拉(Czochralski或CZ工艺)或通过区域熔化(浮法区或FZ工艺)制备单晶硅。

除了CZ硅，硅的定向凝固是光伏行业中最常见的结晶硅的方法。

硅的凝固通常在氮化硅涂覆的石英坩埚中进行。氮化硅防止硅粘附到坩埚上。粘附可能导致硅材料中有裂纹和结晶硅的损失。

一旦坩埚充满硅，加热硅直至其熔化。一旦完全熔化，硅从底部到顶部凝固。凝固后，晶体以受控的方式缓慢冷却。这是为了避免材料中产生应力。一旦冷却，可以将晶体卸载并进行进一步处理以提供晶片。这通常包括首先使用内径锯(internal diameter saw)将晶块切割成更小的块(粗晶锭和成品锭)。随后使用线锯将较小的晶块切成晶片。

然而，由于该工艺引起的晶体缺陷(晶界、位错和杂质)，在电池效率方面多晶硅还不如单晶材料。

因此，正在努力通过优化的制备工艺和技术降低晶片表面的电复合活性面积分数，以最终提高太阳能电池的效率。

这里的起点是在凝固工艺开始时紧邻坩埚底部的微结构。这里最重要的微结构参数是晶粒尺寸、晶粒尺寸分布、晶粒形状、晶体取向和单个晶体之间的晶界关系。

现有技术公开了在凝固工艺开始时产生不同的初始微观结构的技术选择。

已经采用的一个选择是通过调节轴向热传递来影响坩埚底部的初始晶体微结构的形成。

US 2011/239933A1公开了一种用于制备硅块的方法，其包括以下步骤：

–提供用于接收硅熔体的容器，其中所述容器具有底部和内表面，

–在容器中提供硅熔体，

–通过从容器的底部去除热量以冷却硅熔体，