一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片技术

本发明专利技术提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：(1)在坩埚底部铺设籽晶，形成籽晶层；(2)在籽晶层上方设置阻挡层，阻挡层的熔点小于等于硅的熔点；(3)在阻挡层上方填装硅料，加热使硅料熔化形成硅熔体，硅料熔化过程中，阻挡层用于阻挡硅熔体与籽晶层接触，待硅料和阻挡层完全熔化后形成的固液界面刚好处在或深入籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使硅熔体在籽晶层基础上开始长晶；(4)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。本发明专利技术通过在籽晶层上方设置阻挡层，籽晶的形核界面位错得到减少，可以减少后续晶体生长过程中的位错增殖，从而提高了多晶硅铸锭整锭的质量，实现了铸锭硅片所制多晶硅电池效率的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多晶硅铸锭领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片。
技术介绍
近年来，太阳能作为一种新兴的可再生绿色能源已经成为了人们开发和研究的热点。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅成为行业内最主要的光伏材料之一，并逐步取代传统的直拉单晶硅在太阳能电池材料市场中的主导地位。目前，多晶硅锭的制备方法主要为采用GTSolar所提供的定向凝固系统法(简称DSS)炉晶体生长技术，该方法通常包括加热、熔化、凝固长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，伴随着坩祸底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发形成随机形核并且随机形核逐渐生长。但由于初始形核没有得到控制，形核过程中容易产生位错，导致晶向杂乱，晶粒不均匀，因此通过该方法制备得到的多晶硅锭质量较低，利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低。针对上述制备方法中容易产生位错的问题，研究人员报道了一种通过在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶来生长晶体的方法，经过加热融化并控制坩祸底部温度使籽晶不被完全融化，使得硅熔体在未被完全融化的籽晶上生长，该方法制备得到的硅锭晶体相对于使用DSS方法制得的硅锭晶体提高了质量。然而，该方法具有以下缺点:(1)硅料在熔化过程形成的硅熔体会从坩祸上方顺着硅料之间的贯通的缝隙流下来进入籽晶的缝隙并凝固形成晶体，导致籽晶形核不易控制，影响籽晶的引晶效果；(2)硅料之间存在较多贯通的缝隙，缝隙中的气体含有一些微粒杂质，另外，坩祸本体和硅料中也含有一些杂质，在硅料熔化过程中，一方面，坩祸中的气体会夹带微粒杂质运动到底部籽晶从而污染籽晶，另一方面，硅熔体也会携带从坩祸扩散出的杂质以及硅料本身的杂质进入籽晶之间的缝隙并发生凝固，杂质会对籽晶污染，最终引起位错扩散，导致硅晶体的性能下降。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种多晶硅锭的制备方法。本专利技术在制备多晶硅锭过程中，在籽晶上方设置了阻挡层，在硅料熔化过程中，阻挡层可以将硅熔体与籽晶层隔开，提高了籽晶的形核稳定性，同时降低了杂质对籽晶的污染。本专利技术还同时公开了一种通过该制备方法获得的多晶硅锭，以及以所述多晶硅锭为原料制得的多晶硅片。本专利技术第一方面提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤:(1)在坩祸底部铺设籽晶，形成籽晶层；(2)在所述籽晶层上方设置阻挡层，所述阻挡层的熔点小于等于硅的熔点；(3)在所述阻挡层上方填装娃料，加热使所述娃料恪化形成娃恪体，所述娃料恪化过程中，所述阻挡层用于阻挡所述硅熔体与所述籽晶层接触，待所述硅料和所述阻挡层完全熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；(4)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。现有技术在籽晶层上方填装硅料时，由于硅料一般为粒径较大的块状，铺设后，硅料之间存在较多贯通的缝隙，在加热使所述硅料熔化形成硅熔体时，所述硅熔体会顺着这些缝隙直接渗入到籽晶的缝隙中，由于此时坩祸底部的温度较低，籽晶的缝隙中的硅熔体会爆发性成核、快速凝固形成大量微晶晶体，晶体中的晶粒大小不均匀，形成的晶体质量较差，后续长晶过程中，硅熔体会以籽晶以及籽晶缝隙中的晶体为长晶基础进行长晶，导致籽晶的形核不易控制，长出的硅晶体质量较差。另外，在硅料熔化过程中，一方面，坩祸中的气体会夹带微粒杂质运动到底部籽晶从而污染籽晶，另一方面，硅熔体也会携带从坩祸扩散出的杂质以及硅料本身的杂质进入籽晶之间的缝隙并发生凝固生成晶体，杂质会被封闭在晶体中，难以被分凝出去，这些杂质会对污染籽晶，最终引起位错扩散，导致硅晶体的性能下降。本专利技术第一方面提供的多晶硅锭的制备方法，在籽晶层上方设置了阻挡层，所述硅料熔化过程中，所述阻挡层用于阻挡所述硅熔体与所述籽晶层接触，硅熔体流到所述阻挡层上方后，会在阻挡层上方凝固，避免硅熔体与籽晶的接触，待硅熔体形成的固液界面刚好处在或深入所述籽晶层时，此时进入了长晶程序，由于硅料熔化完全后的固液界面处温度与坩祸底部温度相差较小，此时硅熔体进入籽晶的缝隙后，凝固的速度较慢，硅熔体的凝固分凝作用将杂质排往籽晶上方，长出的晶体质量较好，籽晶的形核界面位错较少，可以减少后续晶体生长过程中的位错增殖，以该籽晶为基础制得的多晶硅锭的质量较好。另外，设置了阻挡层后，直接切断了坩祸其他中微粒运动的通道，减少了籽晶与炉内杂质气氛的接触。同时也减少了坩祸以及硅熔体中的杂质渗透到籽晶中。另外，当硅熔体与籽晶接触时，硅熔体会溶解籽晶表面的杂质，并通过硅熔体的凝固分凝作用将杂质排往籽晶上方，最终将这些杂质通过硅熔体对流作用将其从引晶界面带走，故此时籽晶之间缝隙处新生成的硅多晶缺陷较少，从而减少引晶界面处晶体缺陷，优化后续长晶质量从而使得到的多晶硅锭中的缺陷较少、位错较少。优选地，所述阻挡层沿垂直于所述坩祸底部的方向上没有贯通的缝隙。所述阻挡层可以很好地保护籽晶，避免硅料熔化过程中，硅熔体通过贯通的缝隙进入籽晶层并与籽晶接触。所述阻挡层材料的形状和大小不做特殊限制，能够铺设在籽晶层上方且得到垂直于所述坩祸底部方向上没有贯通的缝隙的阻挡层即可。优选地，所述硅料熔化过程中，控制热场避免所述籽晶被完全熔化。优选地，所述籽晶为单晶硅或多晶硅。优选地，所述籽晶的形状为块状、片状和颗粒状中的至少一种。优选地，当所述籽晶为多晶硅时，所述籽晶层中含有缝隙。当本专利技术籽晶层中含有缝隙时，在籽晶层上方铺设阻挡层时，所述阻挡层中的材料不会或很少落入籽晶层的缝隙中，从而避免阻挡层材料对籽晶的污染。优选地，籽晶层的厚度为15-30mm。优选地，当所述硅料和所述阻挡层完全熔化后形成的固液界面深入所述籽晶层时，未熔化的籽晶层高度为5mm-25mm0更优选地，当所述硅料和所述阻挡层完全熔化后形成的固液界面深入所述籽晶层时，未熔化的籽晶层高度为10-15mmo优选地，通过将石英棒插入到坩祸中以测试固液界面的位置。优选地，所述阻挡层材料选自形状为片状、块状、条状和不规则状材料中的至少一种。更优选地，当所述阻挡层材料选自形状为片状、块状或条状材料时，所述片状、块状和条状材料的最短边长度大于等于50mm。进一步优选地，当所述阻挡层材料选自形状为片状、块状或条状材料时，所述片状、块状和条状材料的最短边长度为50mm-200mm。进一步优选地，当所述阻挡层材料选自形状为片状、块状或条状材料时，所述片状、块状和条状材料的最短边长度为50mm-100mm。进一步优选地，当所述阻挡层材料选自形状为片状、块状或条状材料时，所述片状、块状和条状材料的最短边长度为100mm-200mm。边长指的是长或宽，最短边长度指的是所述阻挡层材料长或宽的最短长度。优选地，当所述阻挡层材料选自不规则状材料时，所述不规则状材料的长径比大于等于1。更优选地，所述不规则状材料的长径比为1-100。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为1-50。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为5-30。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为1-20。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为5-10。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为1.5-10。进一步优选地，所述不规则状材料的长径比为1.5-5。进一步优选地，所述不规则状材料的长本文档来自技高网...

【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：(1)在坩埚底部铺设籽晶，形成籽晶层；(2)在所述籽晶层上方设置阻挡层，所述阻挡层的熔点小于等于硅的熔点；(3)在所述阻挡层上方填装硅料，加热使所述硅料熔化形成硅熔体，所述硅料熔化过程中，所述阻挡层用于阻挡所述硅熔体与所述籽晶层接触，待所述硅料和所述阻挡层完全熔化后形成的固液界面刚好处在或深入所述籽晶层时，调节热场形成过冷状态，使所述硅熔体在所述籽晶层基础上开始长晶；(4)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王利伟，胡动力，刘海，
申请(专利权)人：江西赛维LDK太阳能高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36