用于硅纯化的覆盖熔剂和方法技术

示出覆盖熔剂装置和方法。所示出的方法和装置使得随着凝固前沿从模具的冷却表面向熔融硅的与所述冷却表面基本相对的表面移动，将杂质从所述固体硅中驱赶出并进入液体中以与所述硅上的熔剂层反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本申请要求于2013年1月29日提交的第61/758,088号美国临时申请的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。
技术介绍
太阳能电池可以通过利用其将日光转换为电能的能力而成为可行的能源。硅是在太阳能电池的制造中使用的半导体材料；然而，对硅用途的限制涉及将其纯化至太阳能级(SG)的成本。已知一些用来纯化用于太阳能电池的硅的技术。这些技术中的大部分技术基于以下原理来操作：当硅从熔融溶液凝固时，不期望的杂质可以倾向于保留在熔融溶液中。例如，浮区(floatzone)技术可以用于制造单晶锭块，并使用在固体材料中的移动液体区，将杂质移动到材料的边缘。在另一实例中，Czochralski技术可以用于制造单晶锭块，并使用缓慢地从溶液中汲取出的晶种，使硅的单晶柱形成，同时将杂质留在溶液中。在又一实例中，Bridgeman技术或热交换器技术可以用于制造多晶锭块，并使用温度梯度来引起定向凝固。附图简述在附图中，在全部几幅视图中相同的数字可以用于描述相似的要素。具有不同字母后缀的相同数字可以用于表示相似要素的不同视图。示例且非限制地，附图通常例示出本文件中讨论的各种实例。图1是根据本专利技术实施方案的在纯化硅的方法中使用的模具的横截面图。图2是根据本专利技术实施方案的在纯化硅的方法中使用的另一模具的横截面图。图3是纯化硅的示例方法的流程图。图4是纯化硅的示例方法的另一流程图。图5是根据本专利技术实施方案的定向凝固系统的等轴侧视图。图6是根据本专利技术实施方案的可用于定向凝固硅的加热器的横截面图。图7是示出根据本专利技术实施方案的得自两种不同纯化方法的杂质量的图。详述本公开描述了利用定向凝固来纯化硅的设备和方法。所述设备和方法可以包括使用减少熔融硅内的杂质的覆盖熔剂。本专利技术的所述设备和方法可用来制造用于太阳能电池的硅晶体。定义单数形式\一(a)\、\一(an)\和\该(the)\可以包括复数指示对象，除非上下文另外清楚地指出。如本文所用的，“定向凝固”或“定向地凝固”等可以是指在大致一个位置开始、以大致线性方向(例如垂直地、水平地、或垂直于表面)进行并在大致另一位置结束的方式使材料结晶。如该定义中所用的，位置可以是点、平面或包括环形或碗形的曲面。如本文所用的，“耐火材料”可以是指在高温下、尤其是在与熔化和定向凝固硅相关的高温下在化学和物理方面稳定的材料。耐火材料的实例包括但不限于氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锆、氧化铬、碳化硅、石墨或其组合。如本文所用的，“硅”可以是指具有化学符号Si的元素，并且可以是指任何纯度的Si，但是通常指至少50重量％纯、优选75重量％纯、更优选85％纯、更优选90重量％纯、且更优选95重量％纯、且甚至更优选99重量％纯的硅。图1示出根据本公开的模具10的实例。在本公开中，将该模具限定为其中进行定向凝固的容器。模具10可以由至少一种耐火材料12形成，其配置为提供熔融硅的定向凝固。模具10可以具有底部14和从底部14向上延伸的一个或多个侧面16。模具10可以成形为与厚壁大碗相似的形状，其可以具有圆形的或大致圆形的横截面。模具10可以具有其他横截面形状，包括但不限于方形、或六边形、八边形、五边形、或带有任何合适数目的边的任何合适的形状。底部14和侧面16限定了模具10的内部，该内部可以接收熔融材料，诸如熔融硅2。该内部也可以接收可经熔化而形成熔融材料的固体材料，例如固体硅(未示出)。耐火材料12可以包括面向该内部的内表面20。在一个实例中，内表面20包括底部14的上表面22和一个或多个侧面16的内表面24。耐火材料12可以是任何合适的耐火材料，尤其是适用于熔化或定向凝固硅的模具的耐火材料。可以用作耐火材料12的材料的实例包括但不限于氧化铝(Al2O3，也称为三氧化二铝)、氧化硅(SiO2，也称为二氧化硅)、氧化镁(MgO，也称为镁砂)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2，也称为二氧化锆)、氧化铬(III)(Cr2O3，也称为三氧化二铬)、碳化硅(SiC)、石墨或其组合。模具10可以包含一种耐火材料，或多于一种的耐火材料。包含在模具10中的一种或多种耐火材料可以混合，或者它们可以位于模具10的分开的部分中，或其组合。一种或多种耐火材料12可以按层布置。模具10可以包括多于一层的一种或多种耐火材料12。模具10可以包括一层的一种或多种耐火材料12。模具10的侧面16可以由与底部14不同的耐火材料形成。与模具10的底部14相比，侧面16可以具有不同的厚度，包含不同的材料组成，包含不同量的材料，或其组合。在一个实例中，侧面16可以包含加热面耐火物，例如氧化铝。模具10的底部14可以包含导热材料，例如碳化硅、石墨、钢、不锈钢、铸铁、铜或其组合。在一个实例中，侧面16包含氧化铝(三氧化二铝)耐火材料，且底部14包含具有含磷粘结剂的碳化硅耐火物。杂质可以从耐火材料12传递到熔融硅2，使得一些杂质的杂质水平可能比在光伏器件中使用硅时可接受的杂质水平更高。例如，硼或磷杂质可以存在于耐火材料12中。甚至在非常小的硼或磷水平下，在由于存在熔融硅2而使耐火材料12经历的高温下，可以驱使硼或磷从耐火材料12中扩散出并进入熔融硅2中。在一个实例中，在耐火材料12的内表面20上，例如在上表面22和一个或多个内表面24上，可以包括衬里30。衬里30可以配置为防止或减少熔融硅2的污染，例如通过诸如硼(B)和磷(P)的杂质从模具10的耐火材料12转移至熔融硅2中，或者通过将杂质或污染物从耐火材料12反应至熔融硅2中而存在的污染。衬里30可以提供对可存在于耐火材料12中的污染物或杂质的屏障。尽管在图1示出衬里30，但是其他的模具实例可以不包括衬里。在一个实例中，衬里30包含三氧化二铝(Al2O3)。当三氧化二铝是诸如硼(B)和磷(P)的多种杂质的有效屏障时，用三氧化二铝的一个技术挑战是在存在熔融硅2的情况下三氧化二铝可经历还原反应而在熔融硅2中以不期望的水平形成金属铝(Al)。图1示出覆盖熔剂4位于硅2的顶表面上。熔剂材料的实例包括但不限于碳酸钠(Na2CO3)、氧化钙(CaO)、氟化钙(CaF2)、二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一种。熔剂组合物的选例包括在以下表格中。在一个实例中，熔剂包含使用一种或多种所列的熔剂组分形成的玻璃材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
方法，其包括：在模具中的一定量的熔融硅的表面上形成熔剂层，所述表面在所述熔融硅的与冷却表面基本相对的侧面上；基本从所述冷却表面向所述熔剂层定向凝固所述熔融硅；以及在所述一定量的熔融硅的表面与所述熔剂之间的界面处使所述熔剂与杂质反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.29 US 61/758,0881.方法，其包括：
在模具中的一定量的熔融硅的表面上形成熔剂层，所述表面在所
述熔融硅的与冷却表面基本相对的侧面上；
基本从所述冷却表面向所述熔剂层定向凝固所述熔融硅；以及
在所述一定量的熔融硅的表面与所述熔剂之间的界面处使所述熔
剂与杂质反应。
2.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括在所述熔
融硅的顶表面上熔化一定量的熔剂玻璃。
3.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成密度
低于熔融硅的熔剂层。
4.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成在大
于约900℃至1100℃的温度下流动的熔剂层。
5.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成含有
Na2CO3的熔剂层。
6.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成含有
SiO2的熔剂层。
7.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成含有
CaF2的熔剂层。
8.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成含有
CaO的熔剂层。
9.如权利要求1所述的方法，其中形成所述熔剂层包括形成含有
Si3N4的熔剂层。
10.方法，其包括：
将熔融硅倾入模具中；
在所述硅的顶表面上形成硅的固体层，并将熔剂材料置于所述固
体层上；
将顶部加热器置于所述模具的上方以熔化所述硅的固体层，其中
所述熔剂材料保持漂浮在所述熔融硅上；
从所述模具的底部向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·杜尔纳，阿布达拉·奴里，克里斯坦·阿尔弗莱德，
申请(专利权)人：希利柯尔材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US