设置有附加横向热源的通过定向固化制造晶体材料的设备制造技术

阅读:5 留言:0更新日期:2018-04-17 20:13
结晶系统包括坩埚(1)以及装置(4),坩埚(1)设置有旨在容纳要固化的材料的底部(2)和侧壁(3),装置(4)用于在垂直于坩埚(1)的底部(2)的方向上在坩埚(1)内产生主热梯度。附加感应加热装置(6)设置在坩埚(1)的侧壁(3)面对液态材料而不与固相重叠。该附加感应加热装置(6)构造以加热晶体材料位于液态材料、固化的材料和坩埚(1)之间的三线附近的部分,使得该液态材料和该固化的材料之间的界面(10)在该三线附近形成凸弯月形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设置有附加横向热源的通过定向固化制造晶体材料的设备
本专利技术涉及通过定向固化执行晶体材料制造的设备和方法。本专利技术特别适用于液相导电性高于固相导电性的半导体材料。
技术介绍
光伏工业中所用的硅大部分是多晶结构的晶化硅,即具有相对于彼此无固定取向而且由晶粒边界围绕的单晶晶粒。也存在采用单晶硅的部分,即单一晶粒形成硅锭。这种类型材料的生长例如在布里奇曼(Bridgman)型结晶炉的坩埚中或者通过柴克劳司基(Czochralski)生长技术实现。光伏工业中所用的大部分硅采用柴克劳司基技术生产。然而,重要的是注意到柴克劳司基生长技术通常限于形成圆柱锭,而在以增加光伏面板的有效面积为重的光伏领域中使用该圆柱锭存在特定的问题。另一方面,布里奇曼技术能使锭的形状根据容纳熔化材料的坩埚的形状限定。在布里奇曼技术中,锭在定向固化炉中结晶,其中熔化材料浴(moltenmaterialbath)的冷却通过机械牵引装置控制,并且作为选择,在称为梯度冷凝(GradientFreeze)的技术中,冷却通过降低液相中输送的功率而控制。坩埚中液/固界面的位移通过调节坩埚的不同部分中的散热和吸热而实现。文件WO2009/014961描述了在坩埚中从籽晶执行硅制造的装置。除了主加热器加热坩埚中存在的材料外,该文件教导使用放置在坩埚周围的附加加热器以便修改液/固界面。然而,坩埚的使用导致更加难以控制炉中热通量。坩埚的侧壁增加了最终锭中发生缺陷(伪晶、孪晶)的风险。常规观察到由物理-化学环境特别是坩埚/固体材料/液态材料三接触线引起的结晶缺陷的存在。结晶缺陷降低了光伏面板中所用材料的晶体学质量,其导致最终光伏装置的能量转换效率的下降。另一种技术包括在要结晶的材料和坩埚之间限定空气间隙,例如通过源自感应线圈的电磁场。文件US2010/0148403中介绍了这样的技术。
技术实现思路
观察到需要提供存在较小量晶体学缺陷的结晶材料锭。该需求倾向于通过由定向固化制造结晶材料的设备满足,该设备包括:坩埚,设置有设计为容纳要固化的材料的底部和侧壁,用于在垂直于坩埚的底部的方向上在坩埚中产生主热梯度的装置,附加感应加热装置,设置在坩埚的侧壁的位置且安装为相对于坩埚在垂直于坩埚底部的方向上可移动,并且构造为加热材料的位于液态材料、固化的材料和坩埚之间的三接触线附近的部分,以使该液态材料和该固化的材料之间的界面在所述三接触线附近形成凸弯月形。还观察到需要提供有助于制造具有低晶体学缺陷浓度的晶体锭的方法。该需求倾向于通过定向凝结制造晶体材料的方法来满足,其包括如下步骤:提供设置有底部和侧壁的坩埚,并且坩埚由液相的晶体材料至少部分地填充,在垂直于坩埚的底部的方向上在坩埚中产生主热梯度,从而从坩埚的底部开始在垂直方向上获得材料的逐渐固化,通过附加感应加热装置加热材料的位于液态材料、固化的材料和坩埚之间的三线附近的部分,附加感应加热装置设置在坩埚的侧壁的位置并且安装为相对于坩埚在所述垂直方向上可移动,以使该液态材料和该固化的材料之间的界面在所述三线附近形成凸弯月形。附图说明从以下仅以非限制性示例目的给出且示出在附图中的本专利技术的具体实施例的描述,其它的优点和特征将变得更加明晰,其中:-图1示意性示出定向固化设备的具体实施例的横向截面图;-图2示意性示出熔化/结晶装置的具体的可替换实施例的横向截面图。具体实施方式图1所示的定向固化设备包括设置有底部2和侧壁3的坩埚1。坩埚1的底部可为任何形状。为了示例的目的,截面(即由坩埚1的底部2形成的形状)可为正方形、矩形或圆柱形。在优选方式中,坩埚1呈现矩形或正方形截面,以有助于通过晶体基板制造光伏面板,该光伏面板呈现出可用表面的良好占用。侧壁3垂直于坩埚1的底部2或者明显垂直于底部2。坩埚1由对其在熔化和固化阶段要经受的高温耐受的材料制造。在优选方式中,坩埚1由硅石(silica)制造,但是它也可由石墨、金刚砂(siliconcarbide)或这些材料的混合物制造。坩埚1相对于要固化的材料是紧密密封的,即底部2和侧壁3不能使熔化的材料泄漏。坩埚可为单块的,甚至为单片的,即由单一材料制造。定向固化设备包括用于在垂直于或实质上垂直于(即从垂直方向偏离几度)坩埚1的底部2的方向上产生主热梯度的装置。该梯度由图1中的箭头X表示。用于产生主热梯度的装置构造为从坩埚1的底部2开始固化。“液态材料/固化的材料”界面,即该材料的液相和固相之间的界面,从坩埚1的底部2朝着坩埚1的顶部在箭头X的方向上移动。用于产生热梯度的装置可通过任何适当的方法形成,例如通过主加热装置4形成,主加热装置4放置在坩埚1上方且与放置在坩埚1的底部2下方的冷却装置5关联。还可采用面向坩埚1的侧壁3的横向加热装置4。于是,加热装置能根据坩埚1中的高度输送不同的功率。例如,在结晶阶段,与输送到坩埚1的底部的功率相比,输送到坩埚1的顶部的功率较大。主加热装置还可与坩埚1下方设置的冷却装置5相关联。在又一个实施例中,加热装置4是固定的和垂直取向的并且根据高度限定热梯度。坩埚安装为可移动的并且在由加热装置施加的热梯度上移动。这样的示例如图2所示。主加热装置4例如采用电阻技术(resistivetechnology)、辐射技术或感应技术实现。坩埚1和在坩埚中产生主热梯度的装置还构造为使液/固界面能够在坩埚1内位移。液/固界面的位移发生在垂直于坩埚1的底部2的方向X上或者基本上发生在方向X上。如前所述,在发生结晶时,液/固界面远离坩埚1的底部2移动。为了减少或甚至防止从坩埚的侧壁发生伪晶(spuriouscrystals),且特别是发生伪单晶(spurioussinglecrystals),定向固化设备包括附加感应加热装置6,其设置为面对坩埚1的至少一个侧壁3并且构造为加热晶体材料的位于与侧壁3接触的部分。换言之,定向固化设备包括附加感应加热装置6,其设置在坩埚1的侧壁3的位置并且构造为加热晶体材料的位于“液态材料/固化的材料/坩埚”三线附近的部分。三线是指“液态材料/固化的材料”界面与坩埚之间的交会形成的线。三线在不同的图中由坩埚、液相和固化的材料之间的交会的表示点示出。三线沿着坩埚的侧壁延伸。为了能随着材料固化逐渐发生监测材料的液/固界面的位移,附加加热装置安装为相对于坩埚1在垂直于坩埚1的底部2的方向上可移动。附加加热装置优选安装为相对于主加热装置4固定。感应加热装置6构造为使得对材料的位于三线附近的部分加热导致在三线附近由液/固界面形成凸弯月形。因此,附加装置6能使材料的液/固界面在三线的位置朝着坩埚的底部局部弯曲。弯月形是指材料的液/固界面的被认为位于三线附近的弯曲部分。当界面呈现正曲率时,即,当曲率中心位于材料的固相内时,弯月形称为是凸起的。于是,弯月形向下定向,即朝着坩埚的底部定向。相反,凹弯月形由负曲率限定,曲率中心位于材料的固相之外,具体地在材料的液相中。凹弯月形于是向上定向,即在坩埚的底部的相反方向上定向。感应加热装置6构造为使液/固界面在侧壁附近凸起,即当坩埚1的底部2平坦时,液/固界面在中心处距坩埚1的底部2的距离大于在边缘处距坩埚1的底部2的距离。换言之,在弯月形中,距侧壁3的距离越大,液/固界面沿着线X的高度越逐渐增大。随着距侧壁的距离变小,感应加热本文档来自技高网
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设置有附加横向热源的通过定向固化制造晶体材料的设备

【技术保护点】
一种通过定向固化执行晶体材料制造的设备,包括:坩埚(1),设置有设计为容纳要固化的材料的底部(2)和侧壁(3),在实质上垂直于该坩埚(1)的该底部(2)的方向(X)上在该坩埚(1)中产生主热梯度的装置,附加感应加热装置(6),设置在该坩埚(1)的该侧壁(3)的位置并且构造为加热该材料的位于液态材料、固化的材料和该坩埚(1)之间的三线附近的部分,使得该液态材料和该固化的材料之间的界面(10)在所述三线附近形成凸弯月形,其特征在于,该系统包括一种装置,该装置用于在实质上垂直于该坩埚(1)的该底部(2)的方向(X)上移动该附加感应加热装置(6)且构造为在全部结晶期间将该附加加热装置(6)放置为面向该液态材料而不与固相重叠,并且在于,所述三线对应于液相、固相和坩埚(1)的侧壁(3)之间的交会。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.31 FR 11026441.一种通过定向固化执行晶体材料制造的设备,包括:坩埚(1),设置有设计为容纳要固化的材料的底部(2)和侧壁(3),在实质上垂直于该坩埚(1)的该底部(2)的方向(X)上在该坩埚(1)中产生主热梯度的装置,附加感应加热装置(6),设置在该坩埚(1)的该侧壁(3)的位置并且构造为加热该材料的位于液态材料、固化的材料和该坩埚(1)之间的三线附近的部分,使得该液态材料和该固化的材料之间的界面(10)在所述三线附近形成凸弯月形,其特征在于,该系统包括一种装置,该装置用于在实质上垂直于该坩埚(1)的该底部(2)的方向(X)上移动该附加感应加热装置(6)且构造为在全部结晶期间将该附加加热装置(6)放置为面向该液态材料而不与固相重叠,并且在于,所述三线对应于液相、固相和坩埚(1)的侧壁(3)之间的交会。2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,用于移动该附加感应加热装置(6)的该装置构造为将该附加加热装置(6)放置在主热梯度的给定等温线处,使得附加加热装置(6)的位置固定在该热梯度内,并且在于,用于产生主热梯度的装置和附加感应加热装置(6)相对于坩埚(1)以相同的方式移动。3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,用于移动该附加感应加热装置(6)的该装置构造为将感应线圈放置为在该垂直方向(X)上相对于所述三接触线隔开包括在1至20mm之间的距离。4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,用于移动该附加感应加热装置(6)的该装置构造为将该感应线圈定位为相对于所述三接触线隔开包括在1至10mm之间的距离。5.根据权利要求1至4任何一项所述的设备,其特征在于,该设备包括相对于用于产生所需的该主热梯度的该装置输送功率到该附加加热装置(6)的分配装置(8),构造为使得附加加热装置(6)接收的功率为输送到用于产生该主热梯度的该装置的功率的5%至35%之间。6.根据权利要求1至5任何一项所述的设备,其特征在于,该坩埚(1)呈现的形状为使两个连续的侧壁(3)限定一角。7.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,该坩埚(1)是正方形...

【专利技术属性】
技术研发人员:JP加兰德特A乔尼D佩雷蒂尔
申请(专利权)人:原子能和代替能源委员会
类型:发明
编号:201280052983
国别省市:法国,FR

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