一种用于生长铸造单晶硅的坩埚及衬底片制造技术

本发明专利技术公开了一种用于生长铸造单晶硅的坩埚及衬底片，能够有效减少铸造单晶硅时籽晶的用量，结构简单，成本低廉。所述坩埚的底部设有若干个连续的斗冠形结构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。所述衬底片的外壁为方形结构，内壁为若干个连续的斗冠形结构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体晶体硅的制造领域，具体涉及一种用于生长铸造单晶硅的坩埚 及衬底片。
技术介绍
能源和环境是当今世界广泛关注的两大问题，太阳能作为一种可再生的绿色能源 自然成为人们开发和研究的焦点。自1954年美国贝尔实验室成功研制出第一块单晶硅太 阳能电池以来，经过全球科技和产业界的不懈努力，太阳能电池技术和产业得到了巨大发 展。而太阳能电池的发展主要是建立在半导体硅材料的基础上的。一般情况下，单晶硅的制备是利用直拉技术或区熔技术而获得的，可以用在电子 工业和太阳能光伏工业，它制备的太阳电池效率高，但是晶体制备成本高、能耗高。而利用 定向铸造技术，可以制备铸造多晶硅，能用在太阳能光伏行业，虽然成本相对比较低，但是 由于它是多晶，不是单晶，所以其制备的太阳能电池效率低，限制了其在太阳能电池的广泛 应用。现有技术中，有采取铸造法制造单晶硅。市场主流的太阳能铸锭坩埚为方形，铸造 单晶硅时需要将单晶硅块铺满整个坩埚底部，单晶硅块用量大，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于生长铸造单晶硅的坩埚或衬底片，能够有效减少铸造单晶 硅时籽晶的用量，结构简单，成本低廉。一种用于生长铸造单晶硅的坩埚，所述坩埚的底部设有若干个连续的斗冠形结 构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。本专利技术的坩埚中，所述每个斗冠形结构的锥角为90° -150°，底部尺寸为 O-lOcm，底部高度为O-lOcm，相邻斗冠形结构的距离为0-10cm。本专利技术的坩埚中，所述每个胞形或半球结构的底部宽度为O-lOcm，底部高度为 O-lOcm，相邻胞形或半球结构的距离为O-lOcm。本专利技术的坩埚中，所述斗冠形结构、所述胞形结构或所述半球形结构的材料为石英或石墨。本专利技术的坩埚中，可以是将所述坩埚的底部本身设为所述若干个连续的斗冠形结 构、所述若干个连续的胞形结构或所述若干个连续的半球形结构。这样，所述坩埚生长铸造 单晶硅时，只需要将少量籽晶放置在坩埚底部空隙处，化料时控制籽晶部分熔解。定向凝固 结晶时，由于最底部籽晶的热导率高于坩埚底部外壁槽口处气体的热导率，有利于籽晶横 向扩展生长，最后所有籽晶在整个坩埚底部扩展生长。本专利技术的坩埚中，还可以是采取将所述坩埚的底部的内壁设为所述若干个连续的 斗冠形结构、所述若干个连续的胞形结构或所述若干个连续的半球形结构，所述坩埚的底 部的外壁为方形结构。这样，所述坩埚生长铸造单晶硅时，只需要将少量籽晶放置在坩埚底部空隙处，化料时控制籽晶部分熔解。定向凝固结晶时，由于籽晶的热导率高于籽晶周围坩 埚(石英或石墨)的热导率，有利于籽晶横向扩展生长，最后所有籽晶在整个坩埚底部扩展 生长。因此，使用本专利技术的坩埚生长铸造单晶硅，可以减少铸造单晶硅时籽晶的用量，大 大降低了生产成本；同时操作过程简单，可在不改变目前普通坩埚铸造单晶硅生产工艺的 条件下生长铸造单晶硅。一种用于生长铸造单晶硅的衬底片，所述衬底片的外壁为方形结构，内壁为若干 个连续的斗冠形结构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。本专利技术的衬底片中，所述每个斗冠形结构的锥角为90° -150°，底部尺寸为 O-lOcm，底部高度为O-lOcm，相邻斗冠形结构的距离为0_10cm。本专利技术的衬底片中，所述每个胞形或半球结构的底部宽度为O-lOcm，底部高度为 O-lOcm，相邻胞形或半球结构的距离为O-lOcm。本专利技术的衬底片中，所述衬底片的材料为高纯石英或高纯石墨，这样的衬底片污 染少。使用本专利技术的衬底片生长铸造单晶硅时，将这种特定形状的衬底片放入方形坩埚 内，再将单晶硅块放入衬底片中的空隙处，衬底片的特定形状有利于单晶硅块生长时的横 向扩展生长，最后在整个坩埚底部横向扩展生长。本专利技术的衬底片大大减少了铸造单晶硅 时籽晶的用量，降低了生产成本，对于铸造单晶硅技术产业化的推动具有很重要的意义。附图说明图1是目前市场上太阳能铸锭的坩埚剖面图；图2是本专利技术中若干个连续的斗冠形结构的俯视图；图3是底部内壁为若干个连续的斗冠形结构的坩埚剖面图；图4是底部为若干个连续的斗冠形结构的坩埚剖面图；图5是内壁为若干个连续的斗冠形结构的衬底片剖面图；图6是本专利技术中若干个连续的胞形结构的俯视图；图7是底部内壁为若干个连续的胞形结构的坩埚剖面图；图8是底部为若干个连续的胞形结构的坩埚剖面图；图9是内壁为若干个连续的胞形结构的衬底片剖面图；图10是本专利技术中若干个连续的半球形结构的俯视图；图11是底部内壁为若干个连续的半球形结构的坩埚剖面图；图12是底部为若干个连续的半球形结构的坩埚剖面图；图13是内壁为若干个连续的半球形结构的衬底片剖面图；上述图中坩埚1、坩埚内壁2、坩埚外壁3、衬底片内壁4、衬底片外壁5。具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。如图1所示，为普通铸锭坩埚1'，其中，坩埚内壁2'和坩埚外壁3'均为方形。实施例1如图3所示的一种坩埚1，坩埚1的底部的内壁2设为若干个连续的斗冠形结构， 坩埚1的底部的外壁3为方形结构。若干个连续的斗冠形结构的俯视图如图2所示，其中， 每个斗冠形结构的锥角α为90° -150°，底部尺寸L为O-lOcm，底部高度H为O-lOcm，相 邻斗冠形结构的距离K为O-lOcm。如图3所示的坩埚1生长铸造单晶硅时，只需要将少量单晶硅块作为籽晶放置在 坩埚底部空隙处，再放入多晶硅原料和掺杂元素，加热使多晶硅原料和掺杂元素完全熔化、 单晶硅块部分熔化，提升保温罩或在坩埚底部通冷却水进行热交换，单晶硅块作为籽晶诱 导结晶生长，定向凝固结晶时，由于籽晶的热导率高于籽晶周围坩埚(石英或石墨)的热导 率，有利于籽晶横向扩展生长，最后所有籽晶在整个坩埚底部扩展生长铸造单晶硅。使用上 述坩埚时操作要求与使用普通坩埚时完全一样。实施例2如图7所示的一种坩埚1，坩埚1的底部的内壁2设为若干个连续的胞形结构，坩 埚1的底部的外壁3为方形结构。若干个连续的胞形结构的俯视图如图6所示，其中，每个 胞形结构的底部尺寸L为O-lOcm，底部高度H为O-lOcm，相邻胞形结构的距离K为O-lOcm。如图7所示的坩埚1生长铸造单晶硅时，只需要将少量单晶硅块作为籽晶放置在 坩埚底部空隙处，再放入多晶硅原料和掺杂元素，加热使多晶硅原料和掺杂元素完全熔化、 单晶硅块部分熔化，提升保温罩或在坩埚底部通冷却水进行热交换，单晶硅块作为籽晶诱 导结晶生长，定向凝固结晶时，由于籽晶的热导率高于籽晶周围坩埚(石英或石墨)的热导 率，有利于籽晶横向扩展生长，最后所有籽晶在整个坩埚底部扩展生长铸造单晶硅。使用上 述坩埚时操作要求与使用普通坩埚时完全一样。实施例3如图11所示的一种坩埚1，坩埚1的底部的内壁2设为若干个连续的半球形结构， 坩埚1的底部的外壁3为方形结构。若干个连续的半球形结构的俯视图如图10所示，其中， 每个半球形结构的底部尺寸L为O-lOcm，底部高度H为O-lOcm。使用如图11所示的坩埚1时，只需要将少量单晶硅块作为籽晶放置在坩埚底部空 隙处，再放入多晶硅原料和掺杂元素，加热使多晶硅原料和掺杂元素完全熔化、单晶硅块部 分熔化，提升保温罩或在坩埚底部通冷却水进行热交换，单晶硅块作为籽晶诱导结晶生长， 定向凝固结晶时，由于籽晶的热导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生长铸造单晶硅的坩埚，其特征在于：所述坩埚的底部设有若干个连续的斗冠形结构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。

【技术特征摘要】
一种用于生长铸造单晶硅的坩埚，其特征在于所述坩埚的底部设有若干个连续的斗冠形结构、若干个连续的胞形结构或若干个连续的半球形结构。2.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于所述每个斗冠形结构的锥角为 90° -150°，底部尺寸为O-lOcm，底部高度为O-lOcm，相邻斗冠形结构的距离为O-lOcm。3.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于所述每个胞形或半球结构的底部宽度为 O-lOcm，底部高度为O-lOcm，相邻胞形或半球结构的距离为O-lOcm。4.如权利要求1所述的坩埚，其特征在于所述斗冠形结构、所述胞形结构或所述半球 形结构的材料为石英或石墨。5.如权利要求1 4任一所述的坩埚，其特征在于所述坩埚的底部设为所述若干个 连续的斗冠形结构、所述若干个连续的胞形结构或所述若干个连续的半球形结构。6.如权利要求1 4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德仁，肖承全，余学功，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]