多晶硅锭的制备方法、多晶硅铸锭炉及硅片技术

本发明专利技术涉及一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：在坩埚内设置熔融状态的硅料，其中所述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大；控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长。硅锭生长过程中，由于固液界面不垂直于坩埚轴向(即竖直方向)，可以减少硅锭中的小角度晶界，有利于在高位错密度形成前，将位错密度长出晶体之外。因此，后续可以切割得到低晶界密度和低位错密度的硅片，提升硅片的转换效率。此外，还提出一种可实施上述方法的多晶硅铸锭炉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种多晶硅锭的制备方法、多晶硅铸锭炉及硅片。
技术介绍
目前晶硅电池占据光伏发电市场的90％以上市场份额，其中基于多晶硅片做衬底的多晶电池占据了晶硅电池的70％左右的市场份额。固体硅料投入铸锭炉的坩埚内，通过石墨电阻或感应加热，将硅料熔化，然后通过铸锭热场构造的温度梯度，从底部向上进行竖直方向的长晶，再经过退火、冷却制备多晶硅锭。多晶硅锭经过开方工序加工成小方锭后，再通过多线切片设备沿着平行或垂直晶体生长方向切割成多晶硅片。光伏发电若要大规模的应用，必须提高发电效率和降低发电成本。目前，铸锭多晶硅片相对于直拉单晶硅片而言，具有绝对的成本优势，所以通过多晶硅片质量的提高，进而提升多晶电池效率就显得尤为重要。目前的高效多晶硅锭，主要是通过成核促进层诱发长晶，成核促进层可以是碎硅料、单晶硅方棒或其它熔点>1400℃固体颗粒，诱发成核后晶粒沿着竖直方向向上生长。多晶硅锭开方成小方锭，再沿着平行或垂直晶体生长方向切割成多晶硅片。但这种方法仅能通过增加晶界数量抑制初始位错密度，并不能有效减少后期晶粒竖直向上生长过程的位错增殖，再加上过多的晶界，如图1的PL照片所示，限制了此类方法制备高效多晶效率的继续提升。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能提升多晶硅片转化效率的多晶硅锭的制备方法。一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：在坩埚内设置熔融状态的硅料，<br>其中所述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大；控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长。在其中一个实施例中，所述控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直方向有夹角的方向生长的步骤中：使隔热笼靠近所述坩埚的底部最薄处的一面先单独上升；在预定时间后，再使隔热笼的其他部分一起上升。还提出一种多晶硅铸锭炉，包括炉体、置于炉体内的隔热笼、隔热顶板、隔热底板，位于隔热笼内的热交换台、位于热交换台上的坩埚，置于隔热笼内的顶加热器和侧加热器，所述隔热笼相对于所述隔热底板和升降，所述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大，隔热笼靠近所述坩埚的底部最薄处的一面相对于隔热笼的剩余部分可独立运动。在其中一个实施例中，所述隔热笼靠近所述坩埚的底部最薄处的一面的热导率大于隔热笼剩余部分的热导率。在其中一个实施例中，所述坩埚的四个内侧面中，临近所述坩埚的底部最薄处的坩埚内侧面上涂有形核促进层。在其中一个实施例中，所述坩埚设置形核促进层的内侧面的热导率大于坩埚其余各面的热导率。在其中一个实施例中，所述侧加热器为三面加热，所述侧加热器自坩埚除设置形核促进层以外的其他侧面进行加热。在其中一个实施例中，所述坩埚的内底面的倾斜角度为5°～20°。在其中一个实施例中，所述坩埚的四周设有侧护板，所述侧护板临近所述坩埚的底部最薄处的一面的热导率大于侧护板其他三面的热导率。还提出一种硅片，所述硅片由前述任一项所述的方法制得的多晶硅锭切割而成。上述多晶硅锭的制备方法，通过控制热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使晶粒沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长，硅锭生长过程中，由于固液界面不垂直于坩埚轴向(即竖直方向)，可以减少硅锭中的小角度晶界，有利于在高位错密度形成前，将位错密度长出晶体之外。因此，后续可以切割得到低晶界密度和低位错密度的硅片，提升硅片的转换效率。上述多晶硅铸锭炉，使用时可通过控制隔热笼的运动，结合坩埚、侧护板、加热器，制造出横向温度梯度大于纵向温度梯度的热场，使晶粒沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长，后续可以切割得到低晶界密度和低位错密度的硅片，提升硅片的转换效率。上述硅片，由前述的方法制得的多晶硅锭切割制得，晶界密度低，及位错密度低。附图说明图1为传统方法的硅片的PL照片；图2为多晶硅锭的制备方法的流程图；图3为多晶硅铸锭炉的示意图；图4为坩埚的示意图；图5为实施例一制得的硅片的PL照片；图6为实施例三制得的硅片的PL照片。具体实施方式请参考图2，本专利技术提供一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤。步骤S110、在坩埚内设置熔融状态的硅料，其中所述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大。坩埚的内底面倾斜一定角度，角度范围为5°～20°。这样，坩埚的底部厚度不一致，在水平方向上逐步增大，以使后续液态硅料长晶时晶粒水平或倾斜生长。在坩埚内设置熔融状态的硅料少可以通过以下几种方式获得。方式一：在坩埚内装载固体硅料；对所述坩埚进行加热使得固体硅料熔融。方式二：在另一个坩埚中加热固体硅料，制得熔融状态的硅料，然后将熔融状态的硅料浇注至长晶所用的坩埚内。步骤S120、控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长。本步骤中，采取如下方式获得横向温度梯度大于纵向温度梯度的热场：使多晶硅铸锭炉的隔热笼靠近坩埚的底部最薄处的一面先单独上升；在预设时间后，再使隔热笼的其他部分一起上升。传统的隔热笼控制方式是整体相对于隔热底板上升，获得纵向的温度梯度。而本步骤中，使隔热笼靠近坩埚底部最薄处的一面先单独上升，再使隔热笼其他部分一起上升，这样，硅料自坩埚的一侧开始沿水平或与竖直方向呈锐角的方向长晶。在硅锭生长过程中，由于固液界面不垂直于坩埚轴向(即竖直方向)，可以减少硅锭中的小角度晶界，有利于在高位错密度形成前，将位错密度长出晶体之外。制得硅锭后，先沿着竖直方向将硅锭加工成小方锭，再沿着水平方向将小方锭切割成硅片，可以得到低晶界密度和低位错密度的硅片。请参考图3和图4，本专利技术还提供一种可实施上述方法的多晶硅铸锭炉100，其包括炉体110、置于炉体110内的隔热笼120、隔热顶板130、隔热底板140，位于隔热笼内120的热交换台150、位于热交换台150上的坩埚160，置于隔热笼内120内的加热器170，及位于坩埚160四周的侧护板180和坩埚160底部的底护板190。坩埚160的内底面倾斜设置，倾斜角度为5°～20°，使坩埚160的底部在水平方向上厚度不一致。加热器170包括自坩埚160顶部对坩埚160进行加热的顶加热器172和自侧部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在坩埚内设置熔融状态的硅料，其中所述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大；控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直方向呈锐角的方向生长。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在坩埚内设置熔融状态的硅料，其中所述坩埚的内底面为相对水平方向倾
斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水平方向上逐步增大；
控制长晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方
向或与竖直方向呈锐角的方向生长。
2.根据权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述控制长
晶时的热场，使横向温度梯度大于纵向温度梯度，使硅料沿水平方向或与竖直
方向有夹角的方向生长的步骤中：
使隔热笼靠近所述坩埚的底部最薄处的一面先单独上升；
在预定时间后，再使隔热笼的其他部分一起上升。
3.一种多晶硅铸锭炉，包括炉体、置于炉体内的隔热笼、隔热顶板、隔热
底板，位于隔热笼内的热交换台、位于热交换台上的坩埚，置于隔热笼内的顶
加热器和侧加热器，所述隔热笼相对于所述隔热底板和升降，其特征在于，所
述坩埚的内底面为相对水平方向倾斜设置的斜面，所述坩埚的底部的厚度在水
平方向上逐步增大，隔热笼靠近所述坩埚的底部最薄处的一面相对于隔热笼的
剩...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟召标，张凤，汪晨，
申请(专利权)人：保利协鑫苏州新能源运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32