[发明专利]一种类单晶和高效多晶的混合硅锭的制备方法

说明书

本发明属于太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种类单晶和高效多晶的混合硅锭的制备方法。该制备方法采用类单晶工艺和高校多晶工艺混合使用，使类单晶少晶界，高效多晶少位错、少界面能的特点进行有效融合，最大效率的减少晶界和位错的影响，提高整锭的光电转换效率。

技术领域

本发明属于太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种类单晶和高效多晶的混合硅锭的制备方法。

背景技术

现阶段，P型单晶硅太阳能电池的光电转换效率高，约为21％，但是制备工艺复杂、制造成本较高且产量低。多晶硅太阳能电池的光电转换效率低于单晶硅太阳能电池，但其制造成本比单晶硅低约30％，使其在今天的太原能电池市场具有很高的竞争优势。目前，多晶硅太阳能电池光电转化效率仅能达到在18％左右，距离硅基电池的理论转化效率上限31％还有一定的提升空间，现在企业都在试图通过提高硅片质量来提高硅片太阳能电池的光电转化效率。

生产多晶太阳能电池的硅片，通常采用定向凝固技术生长硅锭再通过切片而得。定向凝固工艺在长晶过程中要求热场满足：纵向温度梯度可调；横向无温度梯度。但现阶段热场实现比较困难，因此，用定向凝固技术铸造普通多晶整锭得到的多晶硅片的光电转化效率只有16.7％。

为了提高太阳能电池转换效率，研发人员借用了单晶生长原理，用定向凝固技术开发了类单晶生长工艺，减少了硅片的晶界影响，从而使部分类单晶硅片的电池转换效率提高到了18％以上。但由于定向凝固热场因素的影响，整锭达到大晶粒的要求较难，在靠近坩埚边缘的硅片有部分多晶，硅片虽然减少了晶界但是增加了位错的影响，因此在靠近坩埚边缘的硅片的光电转换效率有时不及普通工艺的硅片高，这对整锭硅片的光电转换效率提升影响较大。

类单晶硅锭的铸锭方法为：装料时在坩埚底部铺设一层单晶硅块作为籽晶，上方正常装料。铸锭阶段通过控制熔化高度，使单晶硅块作为长晶阶段的籽晶铸锭，达到硅锭大晶粒类单晶的特性。此方法制备的类单晶硅锭存在如下问题：1)如图1所示，硅锭两侧靠近坩埚边缘的部分由于坩埚壁的影响，存在许多成核中心，长晶过程中以坩埚壁成核生长的晶粒与晶体主体竞争，且越靠近硅锭顶部区域越大，如图3所示，类单晶坩埚边缘硅片存在较多位错，影响硅片电池光电转换效率；2)如图2所示由于热场问题，类单晶中部区域存在较大应力无法释放，使其位错较多，影响硅片电池光电转换效率。

高效多晶铸锭工艺，此工艺与类单晶工艺方向恰好相反，增加了硅片晶界数量，但减少了硅片位错和界面能的影响。整锭的铸锭成本得到了很好控制，光电转换效率较普通多晶硅锭有较大提升，光电转换效率也比较稳定，但是其光电转换效率还是低于类单晶工艺硅片电池。

高效多晶硅锭的铸锭方法为：装料时在坩埚底部铺设一层碎片，铸锭阶段通过控制熔化高度，长晶阶段在碎片层上结晶，形成大量定向晶粒和随机晶界，长晶过程中，控制固液相的温度梯度，以底部晶体为籽晶，保持微凸的固液界面，竖直向上定向凝固生长，由于定向晶粒和随机晶界起到湮灭位错的功能，所以生长的硅锭具有低位错，高质量的优势。如图4、图5硅片PL所示，整个高效多晶硅片晶粒较小、晶界较多，但位错较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种类单晶和高效多晶的混合硅锭的制备方法，该制备方法采用类单晶工艺和高校多晶工艺混合使用，使类单晶少晶界，高效多晶少位错的特点进行有效融合，最大效率的减少晶界和位错的影响，提高整锭的光电转换效率。

本发明所采用的技术方案是：一种类单晶和高效多晶的混合硅锭的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，提供坩埚，在其底部采用籽晶铺底；

步骤2，向坩埚内籽晶上方放入原生硅料；

步骤3，对坩埚进行加热，控制坩埚底部温度，使坩埚内部的原生硅料全部熔化，底部铺底采用的籽晶不熔化；

步骤4，控制坩埚内部纵向温度梯度，使融化的原生硅料从底部开始长晶，并纵向生长；