本发明专利技术描述了利用各种等级的硅进料来形成硅锭和硅晶体的技术。共同的特征是将预定量的锗加入到熔体中并进行结晶以将锗并入各自的晶体硅材料的硅晶格中。这样并入的锗导致各自的硅材料特性的改进，主要是增加的材料强度。这导致在太阳能电池制造中应用这样的材料时和由那些太阳能电池制造模件时的积极效果。具有在（５０－２００）ｐｐｍｗ范围内的锗浓度的硅材料呈现出增加的材料强度，其中最佳实施范围取决于生产的材料质量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术公开内容涉及例如利用低等级硅用于制造半导体材料如硅的方法和系 统。更具体地，本专利技术公开内容涉及一种利用各种等级的进料材料(原材料，feedstock material)和锗富集物来形成具有改进的特性，包括更高的强度和挠性(flexibility)的 硅晶体或硅锭的方法和系统。
技术介绍
光伏(PV)工业正快速增长，并且是造成消耗超出更传统的用途如集成电路(IC) 应用的硅的量增加的原因。今天，太阳能电池工业的硅需求与IC工业的硅需求有部分竞 争。采用目前的制造技术，IC和PV工业二者都需要作为原料硅起始材料的精制的、纯化的 硅进料(原料，feedstock)。对于大部分目前的太阳能电池的材料备选方案的范围可从单晶硅片(硅晶片) (如基于非常纯净的原料硅如IC工业所需的电子级(EG)硅进料)到多晶(mc)硅片，所述 多晶(mc)硅片基于不是那么纯净的原料硅如所谓的太阳能级(SOG)硅进料或甚至更低质 量的材料，其称为高纯冶金级(冶金法太阳能级)(UMG)硅进料。用于PV工业的低等级进料材料，如UMG硅，通常被加工成mc-硅的锭和晶片，其 中最终的太阳能电池相关质量通常由晶界、其他结构缺陷和杂质如过渡金属的相对高的浓 度控制。并且，晶片本体中碳相关和氧相关的缺陷可以降低电池性能，尤其是当与金属相 关时。具有广泛的缺陷谱的一些物质可以用氢钝化以降低它们的电退化电势(electrical degradationpotential)0用于太阳能电池工业的较高等级的进料材料，如EG硅，通常被加工成单晶，随后， 被加工成具有单晶结构的晶片，其中最终的、太阳能电池相关质量由类似于上面描述的 mc-硅的情况的杂质控制。对于硅的单晶(在下文中称为晶体)存在两种建立很好的生长 技术。到目前为止，占主导的是CzochralskUCZ)技术，其中，CZ晶体从存在于石英坩埚中 的硅熔体中拉出。中等等级到高等级的进料硅被用于产生CZ硅熔体。更复杂的备选方案 是浮动区(浮区，Floating Zone) (FZ)技术，其中FZ晶体通过经由高等级进料硅的所谓的 补给棒(供应棒，supply rod) “浮动”小的熔体区而生长。使预定量的元素进入FZ晶体 的一种方式是在产生熔体区之前所谓的“小球掺杂(Pill doping)”入补给棒中。通常，FZ 硅晶体包含比CZ晶体更少的杂质，主要是因为不需要坩埚。在任何情况下，由于硅在室温下是脆的，所以在晶片与太阳能电池加工和处理，包 括由太阳能电池制造模件时，存在晶片破坏的普遍问题。因此，除了电性能以外，硅片和相 关的太阳能电池的机械强度在PV工业中也是一个重要的质量因素。这适用于单晶材料也 同样适用于多晶锭材料。晶片破坏由裂纹形成和随后的扩展引发。裂纹可以来源于，例如表面上，尤其是边 缘和角落处，处理引起的局部损坏。目前工艺水平的太阳能电池制造技术使用晶片和太阳 能电池的仔细处理和加工以避免这样的情况。本体硅的本征材料强度也是本体晶格缺陷的函数。特别令人担忧的是产生局部拉伸晶格应变的缺陷，使得能够在降低的外力下进行内 部裂纹形成/扩展(相对于理想的晶格结构)。对简单的工艺存在需要，所述工艺提供具有良好的锭产量以及改进的机械和电性 能的基于UMG的多晶硅材料，所述机械和电性能涉及太阳能电池质量。这样的工艺应该容 易地被转移到较高等级的非UMG进料硅，其部分或专门用于生产单晶硅材料，例如，通过应 用CZ技术或FZ技术。
技术实现思路
这里披露了可以用于最终制备太阳能电池的用于硅结晶的技术。本专利技术公开内容 包括一种用于制备具有改进的电和机械材料特性的硅锭或硅晶体的方法和系统，用于各种 太阳能电池应用中。所得的太阳能电池可以被运送、安装、和使用而无需考虑对破坏的强易感性。除了 提供改进的机械强度以外，由相关的锭或晶体产生的硅材料的改进的电性能也可以导致较 高的锭/晶体产量，作为具有达到临界电池效率所需的某一最低水平的复合寿命的锭/晶 体部分测量的。根据披露的主题的一个方面，提供了一种硅锭形成方法和相关的系统用于利用 低等级硅进料，包括在坩埚装置内由低等级硅进料和预定量的锗形成熔化熔体(溶液， solution)。所述方法和系统进行熔化熔体的定向凝固以在坩埚装置内形成硅锭。根据披露的主题的另一个方面，提供了一种硅晶体形成方法和相关的系统用于利 用较高等级的硅进料和预定量的锗。所述方法和系统进行熔化熔体的结晶以形成硅晶体。在一种情况中，结晶利用CZ技术来实现，其中在熔化和随后的CZ晶体拉制(单晶 拉制，拉单晶)之前，将预定量的锗加入到较高等级的硅进料中。在另一种情况中，结晶利用FZ技术来实现，其中在应用用于FZ晶体生长的浮动熔 体区之前，使预定量的锗附着于高等级硅补给棒。预定量的锗可以仅作为纯锗加入。它也可以是化合物如纯硅-锗合金的一部分。根据本文提供的描述，所披露的主题的这些和其他优点以及另外的新特征会是显 而易见的。该总结的意图不是所要求的主题的综合描述，而是提供一些主题的功能性的简 短概述。对于本领域技术人员来说在查阅下面的图和详细描述之后，本文提供的其他系统、 方法、特征以及优点会变得显而易见。旨在使所有这样的另外的系统、方法、特征以及优点 均包括在该描述内，包括在所附权利要求的范围内。附图说明根据下面结合附图时陈述的详细描述，所披露的主题的特征、性质、以及优点可以 变得更显而易见，在附图中参考符号始终相应地相同，并且其中图1是以硅锭形成开始的用于形成太阳能电池的现有技术的一般工艺；图2概念性地示出了根据本专利技术公开内容用于生产具有改进的特性的硅锭的工 艺流程；图3提供了对于本专利技术公开内容的一个实施方式的工艺流程，其采用低等级原料 硅进料用于定向凝固锭形成过程；图4提供了对于本专利技术公开内容的一个实施方式的工艺流程，其采用较高等级原 料硅进料用于CZ晶体拉制过程；图5提供了对于本专利技术公开内容的一个实施方式的工艺流程，其采用高等级原料 硅进料的补给棒用于FZ晶体生长过程；图6示出了对来自参考锭和利用本专利技术公开内容实施方式的设计锭测试的多个 不同晶片的破坏试验结果的示图。具体实施例方式本专利技术的公开内容的方法和系统提供了一种利用低纯度或高纯度硅进料来生产 硅锭或硅晶体的半导体锭形成工艺。作为利用本专利技术披露的主题的结果，产生由低等级半 导体材料，如高纯冶金级硅(upgradedmetallurgical grade silicon) (UMG)形成的锭的性 能的改进。这样的改进允许UMG硅，例如，用在生产用于太阳能发电应用的太阳能电池中。 而且，本专利技术公开内容的方法和系统，特别有益于利用UMG或其他非电子级的进料材料形 成硅基太阳能电池。因此，本专利技术的公开内容可以允许以比迄今可能的更大的量和更多数 目的制造设施来制造太阳能电池。依赖本专利技术公开内容的上下文，图1描述了以步骤12开始的已知工艺10。以步骤 12,MG或其他低等级硅进入已知的晶片形成工艺流程10。已知的工艺流程10在步骤14处 从MG硅提取高等级硅。高等级硅提取步骤14是高成本的加工顺序，产生EG硅或稍微不严 格的硅质量(称为SOG进料质量)。它们是用于制备步骤16中的锭的硅进料材料的类型。 已知的工艺流程10包括对硅锭进行切片，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于形成具有改进的机械和电特性的晶体硅的方法，包括以下步骤：利用预定量的硅进料材料引发硅结晶过程；向所述硅进料材料中加入具有最低纯度水平为９９．９９％的预定量的锗；由各自的硅进料材料和所述量的锗产生熔体；以及进行所述熔体的结晶。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗里茨·基尔施特，
申请(专利权)人：卡里太阳能公司，
类型：发明
国别省市：US
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