[发明专利]一种凹陷式类单晶籽晶铸锭熔化结晶工艺

说明书

本发明公开了一种凹陷式块状类单晶籽晶铸锭熔化结晶工艺，包括如下步骤：(1)单晶硅籽晶的制备及装料阶段；(2)单晶硅籽晶铸锭熔化阶段；(3)类单晶长晶阶段。本发明的特点在于当硅料熔液从顶部向底部流动经过阻挡层时，会沿着晶砖的凹陷角度向坩埚中心流动。这样就可以避免因为铸锭炉的加热器位于坩埚顶部和四壁，坩埚壁处的温度较高，导致坩埚壁处的硅溶液沿着坩埚壁向下流动，接触籽晶层造成边侧籽晶层熔穿的现象。同时，缓冲层向中心流动的硅熔液可以提高坩埚中心的温度，避免了在中心处的籽晶层未熔化的现象，采用了降温速率控制工艺，实现了铸锭工艺的优化。

技术领域

本发明属于铸造单晶领域，具体涉及一种凹陷式类单晶籽晶铸锭熔化结晶工艺。

背景技术

类单晶硅定向凝铸技术是近年来发展起来的一种铸造单晶技术。类单晶硅片的性能介于多晶和直拉单晶硅片之间，具有硅片生产效率高，对原料质量要求低，生产成本低等优点。但是，目前的类单晶技术制备的硅锭还不能满足工业生产的需要，主要表现为类单晶硅锭的单晶比例低及类单晶硅片的缺陷密度高。

2011年，东海晶澳太阳能科技有限公司的“类单晶铸锭量产一号锭”的类单晶硅锭产品的单晶比例仅有40％-50％，单晶硅片收率低，性价比低于多晶硅。同时由于类单晶硅片的缺陷密度高、制绒困难、硅片中易形成十字花纹等缺陷，导致类单晶太阳能电池的转换效率仅为17.8％-18.2％，类单晶产品的市场竞争力不强。

类单晶硅片要获得广泛的应用，必须降低类单晶硅片的缺陷密度，提高类单晶电池的转换效率；提高类单晶硅锭中单晶的比例，降低硅锭的生产成本。据保利协鑫核算，当类单晶硅锭中单晶硅的比例达到80％以上，类单晶硅锭的性价比就超过多晶硅锭。

要获得低缺陷大单晶比例的类单晶硅锭，其关键技术在于：1)单晶籽晶必须非常平整，为类单晶硅锭外延生长提供一个良好的基础。通常不仅仅需要籽晶层的晶向严格按照(100)晶向，而且对于籽晶的摆放平整度都有极严格的要求，M.G.Tsoutsouva等报道了关于籽晶的角度偏差对于类单晶硅锭质量的影响。籽晶只要大约1°左右的偏差就会在硅锭的生长过程中形成大量的亚晶界，这必然在硅锭中产生大量的缺陷，从而降低了硅锭的少子寿命。2)低成本大单晶比例类单晶硅锭(100)晶向择优取向生长技术。3)籽晶过熔或未熔化都不能获得单晶，因此，必须在铸锭工艺的硅料熔化阶段严格控制籽晶层的熔化量。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种凹陷式类单晶籽晶铸锭熔化结晶工艺。

技术方案：一种凹陷式类单晶籽晶铸锭熔化结晶工艺，包括如下步骤：

(1)单晶硅籽晶的装料阶段：

步骤a、在石英坩埚(6)内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层(5)；

步骤b、在石英坩埚(6)底部铺设一层菜籽料；

步骤c、在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层(1)；

步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；

步骤e、在籽晶层(1)上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层(2)；

步骤f、在缓冲层(2)上铺设36块由头尾料构成的晶砖，作为阻挡层(3),所述阻挡层(3)的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；

步骤g、在阻挡层(3)上逐层码放如下硅料(4)：交替铺设头尾多晶废料、多晶碎片、原生硅料、多晶颗粒料，直至达到所需的硅料要求；

(2)单晶硅籽晶铸锭熔化阶段：