多晶硅锭及其制造方法、坩埚技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅锭及其制造方法、坩埚，其中该坩埚底面粗糙，且具有空间分布的多个三维几何形状；该坩埚内表面涂覆有至少一层涂层，所述坩埚底面涂层中具有作为硅的异质形核点的颗粒状物质。本发明专利技术实施例的坩埚底面涂覆至少一层涂层，涂层中的颗粒状物质可以在后续长晶过程中作为硅的形核点，抑制其它区域晶核的形成，使晶粒的分布更均匀，并且，首先形核的晶粒在坩埚底面的凹坑处即开始进行竞争，一定晶向的晶粒在竞争过程中占有优势，并最终被保留，从而使晶核的取向趋于一致，即采用该方法生长的多晶硅锭中的晶粒大小均匀，晶粒取向较为一致，并降低了晶体内部的位错密度，提高了少子寿命，从而提高了多晶硅太阳能电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶硅锭及其制造方法、坩埚
本专利技术涉及单晶硅、多晶硅的制造技术和光电领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制造方法、坩埚。
技术介绍
太阳能电池可将光能转换为电能，光电转换效率和衰减是衡量太阳能电池质量好坏的重要参数，而生产成本的高低也成为了制约太阳能电池发展的重要因素。目前，根据材料的不同，太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两种。单晶硅太阳能电池转换效率高，但是生产成本很高，多晶硅太阳能电池成本低，但转换效率则相对较低。目前，由于较高的性价比，多晶硅太阳能电池在光伏市场份额上占据优势。现有技术中多采用定向凝固法生产多晶硅锭，其过程主要为，在内表面平坦的坩埚中投放硅料，之后将硅料全部熔化，通过控制铸锭炉内的温度，使多晶硅锭自下而上的定向凝固，得到多晶硅锭。但是，采用现有技术中生产的多晶硅锭制作的太阳能电池的转换效率一直难以提高，出现这种情况很大一部分原因在于多晶硅锭的质量，因此，如何制作性能良好的多晶硅锭成为业界热门的研究方向。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多晶硅锭及其制造方法、坩埚，使生长得到的多晶硅锭中的晶粒大小更均匀，晶向更加一致，并降低了晶体内部的缺陷密度，从而提高了多晶硅太阳能电池的转换效率。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种坩埚，应用于多晶硅锭的铸造过程，该坩埚底面粗糙，且具有空间分布的多个三维几何形状；该坩埚内表面涂覆有至少一层涂层，所述坩埚底面涂层中具有作为硅的异质形核点的颗粒状物质，所述内表面包括内壁和底面，所述底面为坩埚内表面的底面。优选的，所述涂层包括氮化硅涂层、氮化硅与碳化硅的复合涂层、和氮化硅与二氧化硅的复合涂层中的至少一种，所述氮化硅涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒，所述氮化硅与碳化硅的复合涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒和碳化硅颗粒，所述氮化硅与二氧化硅的复合涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒和二氧化硅颗粒。优选的，所述氮化硅与碳化硅的复合涂层中，碳化硅的重量比为0-5％，碳化硅的重量比不为零；所述氮化硅与二氧化硅的复合涂层中，二氧化硅的重量比为0-5％，二氧化硅的重量比不为零。优选的，所述坩埚的底面为所述氮化硅与碳化硅的复合涂层、或氮化硅与二氧化硅的复合涂层，所述坩埚的内壁为氮化硅涂层。优选的，所述涂层的厚度为10μm-500μm，包括端点值。优选的，所述底面的粗糙度Ra为5μm-5mm。优选的，所述三维几何形状在坩埚底面为不规则排布，且所述三维几何形状为顶点向下，开口向上的空心结构。优选的，所述多个三维几何形状的空间分布方式为，所述多个三维几何形状的顶点和/或开口距坩埚外表面的底面的距离不等。优选的，所述多个三维几何形状的空间分布方式为，在沿坩埚口部向坩埚底部的方向，所述多个三维几何形状呈不规则排布。优选的，所述多个三维几何形状的开口形状相同或不同。本专利技术实施例还公开了一种多晶硅锭制造方法，采用以上所述的坩埚，该制造方法包括：在坩埚底部紧密铺设硅料，得到第一硅料层，所述第一硅料层中的硅料为块状硅料、碎硅料或硅粉；在所述第一硅料层上继续填装硅料，直至硅料填装完成；熔化所述坩埚内的所有硅料，得到硅液；控制多晶硅铸锭炉内的热场，对所述硅液进行结晶，直至晶体生长完成，得到多晶硅锭。优选的，所述第一硅料层中的硅料间的间隙为0-20mm。本专利技术实施例还公开了一种多晶硅锭，采用以上方法制造，该多晶硅锭的位错密度为102-105个/cm2。优选的，该多晶硅锭的晶粒长边长度为2mm-30mm，包括端点值。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术实施例所提供的坩埚底面涂覆有至少一层涂层，涂层中的颗粒状物质可以在后续长晶过程中作为硅的形核点，在结晶初始时，由于底面粗糙，位于坩埚底面凹陷的位置，尤其是三维几何形状的顶或底区域附近的涂层中的硅晶粒会优先形核并长大，并在后续的生长过程中，会抑制其它区域晶核的形成，从而使晶粒的分布更均匀，进一步的，底面粗糙的坩埚对晶粒的晶体学取向有一定的引导作用，首先形核的晶粒在坩埚底面的凹坑处即开始进行竞争，一定晶向的晶粒在竞争过程中占有优势，并最终保留了下来，从而使晶核的取向趋于一致，因此，采用该方法生长的多晶硅锭中的晶粒大小均匀，晶粒取向较为一致，并降低了晶体内部的位错密度，提高了少子寿命，从而提高了多晶硅太阳能电池的转换效率。附图说明图1为本专利技术实施例公开的坩埚的剖面图；图2为本专利技术实施例公开的坩埚底部的俯视图；图3为本专利技术实施例公开的坩埚底部的局部剖面放大图；图4为本专利技术实施例公开的多晶硅锭制造方法流程图；图5为现有技术中多晶硅锭中部区域的晶体示意图；图6为本专利技术实施例公开的多晶硅锭中部区域的晶体示意图；图7为现有技术中的多晶硅锭中部的多晶硅片上的位错分布图；图8为本专利技术实施例公开的多晶硅锭中部的多晶硅片上的位错分布图。具体实施方式正如
技术介绍
部分所述，采用现有技术中的铸锭工艺得到的多晶硅锭质量较差，采用现有技术中的多晶硅锭制作的太阳能电池的转换效率低，专利技术人研究发现，出现这种问题的原因在于，现有技术中的多晶硅锭在晶体生长过程中，晶体随机形核并生长，造成最后形成的硅锭中的晶粒大小存在很大的差异，在大晶粒之间会夹杂一些小晶粒，或者在大晶粒内部分布着亚晶界等缺陷，小晶粒的尺寸又过小，导致硅锭内部晶界多，位错多，这些亚晶和位错等缺陷又极易成为光生载流子的复合中心，尤其是位错，具有很强的复合活性，从而导致制作出的太阳能电池中的少子寿命低，大大降低了电池的转换效率。为解决上述问题，本专利技术提供了一种坩埚，以及采用这种坩埚的多晶硅锭制造方法和制作出的多晶硅锭，其中，该坩埚内表面的底面粗糙，且具有空间分布的多个三维几何形状；该坩埚内表面涂覆有至少一层涂层，所述涂层中具有作为硅的异质形核点的颗粒状物质，所述内表面包括内壁和底面。该多晶硅锭制造方法包括，在坩埚底部紧密铺设硅料，得到第一硅料层，所述第一硅料层中的硅料为块状硅料、碎硅料或硅粉；在所述第一硅料层上继续填装硅料，直至硅料填装完成；熔化所述坩埚内的所有硅料，得到硅液；控制多晶硅铸锭炉内的热场，对所述硅液进行结晶，直至晶体生长完成，得到多晶硅锭。采用该方法制作出的多晶硅锭的位错密度较现有技术中的多晶硅锭的位错密度降低了1-3个数量级，为102-105个/cm2。且该多晶硅锭的晶粒长边长度为2mm-30mm，包括端点值。显然，本专利技术实施例得到的多晶硅锭的质量得到了很大的提高。上述方案通过采用底面粗糙且涂覆有涂层的坩埚来放置硅料，硅料熔化后的长晶过程中，涂层中具有作为硅的异质形核点的颗粒状物质，尤其是坩埚底面凹陷区域的涂层中具有颗粒状物质的位置处会优先形核并长大，在后续的生长过程中，抑制其它区域晶核的形成。在坩埚底面的凹陷区域形核后，使硅晶体具有了特定的形核位置，从而使晶粒分布均匀。进一步的，由于坩埚的底面粗糙，在底面的同一凹陷区域形成的多个晶核在生长到凹陷区域顶部前，同样会经过择优竞争，在该过程中，一定晶向的晶粒在竞争过程中占有优势，并最终保留了下来，从而使晶粒的取向趋于一致，经过该择优竞争之后，使得晶体在后续进行柱状生长之前，在同一凹陷区域保留的晶核数量减少，从而进一步增加了晶粒分布的均匀性，使晶体的取向趋于一致，进而降低了晶体内部的位错密度，延长了少子寿命，本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种坩埚，应用于多晶硅锭的铸造过程，其特征在于，该坩埚底面粗糙，且具有空间分布的多个三维几何形状；该坩埚内表面涂覆有至少一层涂层，所述坩埚底面涂层中具有作为硅的异质形核点的颗粒状物质，所述内表面包括内壁和底面，所述底面为坩埚内表面的底面；所述涂层包括氮化硅涂层、氮化硅与碳化硅的复合涂层、和氮化硅与二氧化硅的复合涂层中的至少一种，所述氮化硅涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒，所述氮化硅与碳化硅的复合涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒和碳化硅颗粒，所述氮化硅与二氧化硅的复合涂层中的颗粒状物质为氮化硅颗粒和二氧化硅颗粒；所述坩埚的底面为所述氮化硅与碳化硅的复合涂层、或氮化硅与二氧化硅的复合涂层，所述坩埚的内壁为氮化硅涂层。2.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述氮化硅与碳化硅的复合涂层中，碳化硅的重量比在5％以下，碳化硅的重量比不为零；所述氮化硅与二氧化硅的复合涂层中，二氧化硅的重量比在5％以下，二氧化硅的重量比不为零。3.根据权利要求2所述的坩埚，其特征在于，所述涂层的厚度为10μm-500μm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述底面的粗糙度Ra为5μm-5mm。5.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述三维几何形状在坩埚底面为不规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志东，王朋，翟蕊，李娟，范立伟，
申请(专利权)人：浙江昱辉阳光能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33