多晶硅铸锭生长方法、所用坩埚及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于多晶硅铸锭的坩埚，在其底部内壁具有规则的空间分布的三维几何形状。具有规则的空间分布的三维几何形状是指由锥体在空间复制而形成的二维阵列。且锥体是顶点向下、开口向上的空心倒立锥体，其顶面为正三角形、正四边形或正六边形，采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。锥体的顶面也能为正五边形或正七边形，采用非紧密堆积方式在二维空间复制排列。本发明专利技术还公开了一种坩埚的制造方法。本发明专利技术还公开了一种多晶硅铸锭生长方法。本发明专利技术能够提高多晶硅铸锭质量，增大晶粒尺寸，提高晶粒的均匀性，促进晶粒垂直生长，减少晶界数量和晶界处的位错和杂质等缺陷，从而能增加电池片的效率，降低光伏发电的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅晶体生长领域，特别涉及一种用于多晶硅铸锭的坩埚，本专利技术还涉及一种用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，本专利技术还涉及一种多晶硅铸锭生长方法
技术介绍
现有的太阳能级多晶硅铸锭，均采用石英陶瓷坩埚。通常采用方形片平状底面为正方形的长方体结构，例如，现有的450公斤载硅量的坩埚，底面外壁边长为870毫米，内壁为840毫米，高度为420毫米到480毫米。由于石英陶瓷的纯度较高，耐热性和抗热冲击性较好，因此，成为多晶硅铸锭坩埚的主要原料。现有坩埚通常采用注浆法或注凝法，先通过模具成型，之后再烧结。现有坩埚底部是平坦的，但有陶瓷烧结所特有的微粒结构。现有坩埚的底部表面上这些微粒结构会形成不平整的底部表面，在多晶硅铸锭时，会使得硅液在冷却时沿硅液底部产生温度的有高有低，在逐渐降温接近硅熔点时，较冷部分先形核，然后随着温度降低，这些晶核逐渐长大。长大的过程中，先沿坩埚底面横向生长，然后，当与另外的晶核形成的晶粒相遇时，发生顶触，待底面全部布满晶粒后，则开始随着温度空间的梯度和温度随时间的下降，开始向上生长，直到从底部到硅液的顶部全部结晶。这就是多晶硅的铸锭过程，也是多晶硅的定向凝固过程。这样的多晶硅铸锭过程由于产量高，因此，在CZ法直拉单晶的基础上，获得大量应用。但是，这样的晶体生长方法也有不少弊端，一是晶体形核时晶核的空间分布不均勻， 造成生长出的晶体的晶粒大小不均勻。二是由于坩埚底面的不平整使晶核生长的晶向不一定是垂直向上的，造成晶体在生长时不是垂直生长，而是斜向生长。三是在晶核形成并进行横向生长时，邻近的晶粒发生顶触，很容易造成刚形成的晶体从底部脱落，进入硅液重新熔化，因此，导致晶体生长效率降低和晶粒的大小差异进一步加大。现有坩埚的上述弊端导致多晶硅在后续的切片过程中，硅片表面的晶向不是 (111)晶向，这样，导致制成的太阳能电池的转换效率降低，硅片应力加大。另外，现有坩埚较易形成枝状晶和羽状晶，并在枝状晶或羽状晶的间隙形成微晶甚至非晶，导致光电转换效率的进一步下降。这些原因，导致了多晶硅光伏电池的效率目前低于单晶硅的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于多晶硅铸锭的坩埚，能够提高多晶硅铸锭质量，增大晶粒的尺寸，增加晶粒的均勻性，促进晶粒垂直生长，减少晶界数量和晶界处的位错和杂质等缺陷，能增加电池片的效率，降低光伏发电的成本。为此，本专利技术还涉及一种用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法；为此，本专利技术还涉及一种多晶硅铸锭生长方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于多晶硅铸锭的坩埚，所述坩埚的底部内壁具有规则的空间分布的三维几何形状。所述坩埚的材质为石英陶瓷。所述具有规则的空间分布的三维几何形状是一种二维锥体阵列形成的形状，所述二维锥体阵列是由同一形状的锥体在二维空间复制排列而形成的。所述锥体为顶点向下、 开口向上的空心倒立锥体。所述锥体的径向和纵向尺寸的数量级为10毫米。所述二 维锥体阵列的分布方式是直角行列分布、或平行四边形的行列分布、或蜂窝状的六角形分布、或以坩埚中心为圆心的圆环形分布、或以坩埚中心为圆心的放射状分布。所述倒立锥体的顶面为正三角形、正四边形或正六边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。所述倒立锥体的顶面也能为正五边形或正七边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用非紧密堆积方式在二维空间复制排列。为解决上述技术问题，本专利技术提供的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法为，在形成所述坩埚的底部内壁时，在所述底部内壁上形成一具有规则的空间分布的三维几何形状。所述坩埚的材质为石英陶瓷。所述具有规则的空间分布的三维几何形状是一种二维锥体阵列形成的形状，所述二维锥体阵列是由同一形状的锥体在二维空间复制排列而形成的。所述锥体为顶点向下、 开口向上的空心倒立锥体。所述锥体的径向和纵向尺寸的数量级为10毫米。所述二维锥体阵列的分布方式是直角行列分布、或平行四边形的行列分布、或蜂窝状的六角形分布、或以坩埚中心为圆心的圆环形分布、或以坩埚中心为圆心的放射状分布。所述倒立锥体的顶面为正三角形、正四边形或正六边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。所述倒立锥体的顶面也能为正五边形或正七边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用非紧密堆积方式在二维空间复制排列。为解决上述技术问题，本专利技术提供的多晶硅铸锭生长方法为硅料是放入底部内壁具有规则的空间分布的三维几何形状的坩埚中进行生长；在所述硅料熔化后，逐步降温进行晶核生长时，所述晶核从所述坩埚底部的三维几何形状的下顶点开始生长，在部分所述晶核达到所述坩埚底部的三维几何形状的上顶面时，将温度下降的趋势停止一段时间、 并保持温场的等温面水平，保证全部所述晶核同时生长到所述上顶面，然后再继续降低温度形成所述多晶硅铸锭。所述坩埚的材质为石英陶瓷。所述具有规则的空间分布的三维几何形状是一种二维锥体阵列形成的形状，所述二维锥体阵列是由同一形状的锥体在二维空间复制排列而形成的。所述锥体为顶点向下、 开口向上的空心倒立锥体。所述锥体的径向和纵向尺寸的数量级为10毫米。所述二维锥体阵列的分布方式是直角行列分布、或平行四边形的行列分布、或蜂窝状的六角形分布、或以坩埚中心为圆心的圆环形分布、或以坩埚中心为圆心的放射状分布。所述倒立锥体的顶面为正三角形、正四边形或正六边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。所述倒立锥体的顶面也能为正五边形或正七边形中的任何一种形状，锥体的顶面采用非紧密堆积方式在二维空间复制排列。本专利技术的有益效果为本专利技术能够提高多晶硅铸锭质量，增大晶粒尺寸，提高晶粒的均勻性，促进晶粒垂直生长，减少晶界数量和晶界处的位错和杂质等缺陷，减少硅锭以及随后的硅片和电池片的应力，增加少数载流子寿命，提高电阻率，增加电池片的效率。本专利技术能使多晶硅的电池转换效率提高3%以上，提高了光伏电池的效率，降低了光伏发电的成本，具有显著的经济和社会意义。附图说明 下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图IA是本专利技术实施例一的坩埚底部内壁结构剖视图；图IB是本专利技术实施例一的坩埚底部内壁结构俯视图；图2A是本专利技术实施例二的坩埚底部内壁结构剖视图；图2B是本专利技术实施例二的坩埚底部内壁结构俯视图；图3A是本专利技术实施例三的坩埚底部内壁结构剖视图；图3B是本专利技术实施例三的坩埚底部内壁结构俯视图。具体实施例方式本专利技术是在坩埚底部内壁上形成有三维几何形状，该三维几何形状是由倒立的金字塔结构的空间即锥形空间也即所述空心倒立锥体组成，每个倒立的锥形空间的底部顶点将在降温时成为晶核的形成点，这样就确定了晶核的空间分布；同时，在晶核生长过程中， 不再沿底面横向生长，而是沿锥形空间从下到上逐渐成为立体生长，而且生长的速度受温度随时间和高度下降的温场控制，这样，即使由于石英陶瓷表面的微结构以及加工误差形成的所有的倒锥形空间顶点可能不在一个平面上，可能会导致开始结晶时各倒锥形空间的晶核形成的时间有不同，也能够保证所有的倒锥形空间的晶核以同样的速度生长，并以接近同一个时刻生长到锥形空间的上顶面，只要在晶体到达上顶面时将温度下降的趋势停止足够一段时间，并保持温场的等温面水平，就能够保证所有的锥形空间同时生长到顶面，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于：所述坩埚的底部内壁具有规则的空间分布的三维几何形状。

【技术特征摘要】
1.一种用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述坩埚的底部内壁具有规则的空间分布的三维几何形状。2.如权利要求1所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述坩埚的材质为石英陶瓷。3.如权利要求1所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述具有规则的空间分布的三维几何形状是一种二维锥体阵列形成的形状，所述二维锥体阵列是由同一形状的锥体在二维空间复制排列而形成的。4.如权利要求3所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述锥体为顶点向下、开口向上的空心倒立锥体。5.如权利要求4所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述倒立锥体的顶面为正三角形、正四边形或正六边形中的任何一种形状，所述锥体采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。6.如权利要求4所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述倒立锥体的顶面为正五边形或正七边形中的任何一种形状，所述锥体采用非紧密堆积方式在二维空间复制排列。7.如权利要求5所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述二维锥体阵列的分布方式是直角行列分布、或平行四边形的行列分布、或蜂窝状的六角形分布、或以坩埚中心为圆心的圆环形分布、或以坩埚中心为圆心的放射状分布。8.如权利要求3或4所述的用于多晶硅铸锭的坩埚，其特征在于所述锥体的径向和纵向尺寸的数量级为10毫米。9.一种用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特征在于在形成所述坩埚的底部内壁时，在所述底部内壁上形成一具有规则的空间分布的三维几何形状。10.如权利要求9所述的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特征在于所述坩埚的材质为石英陶瓷。11.如权利要求9所述的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特征在于所述具有规则的空间分布的三维几何形状是一种二维锥体阵列形成的形状，所述二维锥体阵列是由同一形状的锥体在二维空间复制排列而形成的。12.如权利要求11所述的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特征在于所述锥体为顶点向下、开口向上的空心倒立锥体。13.如权利要求12所述的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特征在于所述倒立锥体的顶面为正三角形、正四边形或正六边形中的任何一种形状，所述锥体采用紧密堆积方式在二维空间复制排列。14.如权利要求12所述的用于多晶硅铸锭的坩埚的制造方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：史珺，
申请(专利权)人：上海普罗新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：31