[发明专利]提高单晶硅品质的热场及方法

说明书

本发明公开一种提高单晶硅品质的热场及方法。热场包括石英坩埚以及同轴等径设置的主加热器和副加热器，主加热器相对于石英坩埚的中上部设置，由若干个等长的主加热瓣环设而成；副加热器相对于石英坩埚的下部设置，由若干个等长的副加热瓣环设而成，主加热器和副加热器的表面还喷涂有用以避免碳挥发的耐高温水基纳米涂层。方法包括采用前述热场生产单晶硅，包括清洁多晶硅料、清炉、装料、化料、二次加料、引颈、放肩、等径、收尾和提出的步骤。本发明提供的热场可以减少热对流，降低单晶硅中单晶氧元素等杂质的含量，由该方法制得的单晶硅中氧、碳、金属等杂质含量少，用于生产电池片时，可以有效提高电池的效率，降低电池片的衰减。

技术领域

本发明涉及单晶硅生长及半导体制造技术领域，尤其涉及一种提高单晶硅品质的热场及方法。

背景技术

在太阳能电池产品中，电池片主要以硅半导体材料为主，一般分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。目前开发得最快的太阳能电池是单晶硅太阳能电池，这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料制备而成，具有较高的转换效率和可靠性，因此，被市场广泛接受。但是随着光伏行业的快速发展，单晶硅太阳能电池片生产已经趋于成熟，其构造和生产工艺已定型，而光伏行业竞争激烈，为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等会采用材料性能指标有所放宽的太阳能级单晶硅棒，有的也会使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。

但是单纯的通过采用品质较低的原料来降低成本抢占市场占有率并非长久之计，企业或行业间的竞争和优胜劣汰还需要品质的保证，即通过工艺或设备的改进来降低成本提高单晶硅原料的品质，进而生产优质的低衰减、高效率电池片，获得较大的市场份额。

众所周知，在采用直拉法生长硅单晶的过程中，硅单晶生长的成功与否以及质量的高低均由热场的温度分布决定的。温度分布合适的热场，不仅硅单晶生长顺利，而且品质较高；如果热场的温度分布不合理，生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷，影响质量，情况严重的会出现变晶现象而生长不出来单晶。

目前，传统用于收纳和熔化原生硅料的石英坩埚，作为唯一接触硅料、硅液的装置，大多含有金属杂质，虽然通过碳酸钡可以与液体硅反应在石英埚形成一层保护膜但是还会有部分金属杂质进入单晶中，降低后期成品电池片的转换效率；除此之外，石英埚的SiO₂在高温下不断反应会产生O₂，导致常规热场生产的硅棒头部氧含量超标，高出标准的硅棒头部不能作为合格成品，只能切掉，造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种提高单晶硅品质的热场及方法，该热场可以减少热对流，降低单晶硅中单晶氧元素等杂质的含量，由该方法制得的单晶硅中氧、碳、金属等杂质含量少，用于生产电池片时，可以有效提高电池的效率，降低电池片的衰减。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高单晶硅品质的热场，包括石英坩埚以及同轴等径设置的主加热器和副加热器，所述主加热器相对于所述石英坩埚的中上部设置，由若干个等长的主加热瓣环设而成；所述副加热器相对于所述石英坩埚的下部设置，由若干个等长的副加热瓣环设而成，所述主加热器和所述副加热器的表面还喷涂有用以避免碳挥发的耐高温水基纳米涂层。

本发明主要通过调整热场内的发热区来提高单晶硅的品质，具体为：与现有技术中主加热瓣长短间隔设置的主加热器不同，本申请中主加热器发热区的各个主加热瓣等长设置，可减少热场中的热对流漩涡；其次，在主加热器和副加热器的表面喷涂用以避免碳挥发的耐高温水基纳米涂层，可以阻止碳元素进入单晶，降低碳元素杂质的含量，提高电池片的效率。

在一个实施例中，所述石英坩埚为高纯石英埚，所述高纯石英埚的内层砂为高纯石英砂，所述内层砂的占比为90-100wt％。