硅晶铸锭及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种硅晶铸锭及其制造方法，通过控制热场参数、成核点密布坩埚底部等方法，来大量降低大尺寸硅晶粒分布比例，本发明专利技术硅晶铸锭底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸小于12mm，且硅晶铸锭上区域的硅晶粒的平均晶粒尺寸大于14mm，由于小尺寸硅晶粒型态在长晶过程中有较少晶粒竞争现象，且小尺寸硅晶粒分布紧密较易趋于单一向上成长，减少晶粒大吃小情形与避免柱状晶无法成长完整，此外，分布密布高的晶界进一步提供晶体内差排或其他应力缺陷得以顺利移动的管道，降低缺陷增加速率，进而让硅晶铸锭整体有较佳的晶体质量，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种娃晶铸锭(crystalline silicon ingot)及其制造方法,并且特别地，关于其底部为小尺寸硅晶粒且顶部为大尺寸硅晶粒的。
技术介绍
本专利技术的相关技术背景，请参考以下所列的文献:[I]K.Fujiwara，ff.Pan, K.Sawada, M.Tokairin, N.Usami，Y.Nose, A.Nomura,T.Shishida, K.Nakajima.“Directional growth method to obtain high qualitypolycrystalline silicon from its melt，，.Journal of Crystal Growth 2006 ；292:282-285 (K.藤原，ff.潘，K.泽田，M.Tokairin, N.萨米，Y.摩西，Α.野村，T.Shishida,K.中岛。“定向生长的方法来获得其熔体高品质多晶硅。”2006年的晶体生长杂志；292:282-285);以及[2]Τ.Y.Wang, S.L.Hsu, C.C.Fei，Κ.M.Yei，ff.C.Hsu, C.ff.Lan.“Grain controlusing spot cooling in mult1-crystalline silicon crystal growth，，.Journal ofCrystal Growth 2009 ；311:263-267 (T.Y.王，S.L.许，C.C.费，K.M.Bf ,ff.C.许，C.W.蓝。“粮食控制使用多结晶硅晶体生长的当场冷却”。中国2009年的晶体生长杂志；311:263-267)。实验室等级多晶硅铸造的长晶 已经可以达到在坩埚(crucible)底部控制成长晶面树枝状晶(facet dendrite)。例如，上述参考文献[I]提出利用局部过冷(undercooling)先在i甘祸底部布满横向长晶，再向上成长柱状结构,其大尺寸娃晶粒具有低缺陷密度(defect density)以及较佳的双晶结构(sigma 3)。因此,根据文献[I]制造的硅晶铸锭，其经切片后的硅晶圆制成太阳能电池，可以获得较高的光电转换效率。然而，延伸至工业级尺寸时，多晶硅铸造欲以局部过冷控制晶面树枝状晶成长布满于坩埚底部变得较为困难。工业等级多晶硅铸造受到坩埚与整体受热均匀性的影响，增加初始过冷度的控制变异，容易令多晶硅在坩埚底部成长为大晶粒且无较佳双晶结构，并且成为缺陷密度偏高的区域，在成长延伸时更快速增加缺陷密度，致使硅晶铸锭整体晶体质量变差，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较低。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种，所述能够降低缺陷增加速率，进而让硅晶铸锭整体有较佳的晶体质量，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较高。本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是:—种娃晶铸锭，具有一底部，并将与所述底部垂直的方向定义为垂直方向，所述娃晶铸锭包含沿所述垂直方向成长的若干个硅晶粒，将所述底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第一平均晶粒尺寸，所述第一平均晶粒尺寸小于12mm。将所述硅晶铸锭距离其底部250mm的部位定义为上区域，将所述上区域的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第二平均晶粒尺寸，所述第二平均晶粒尺寸大于14mm。且所述第一平均晶粒尺寸较佳是小于8_。所述硅晶铸锭的所述上区域的硅晶粒具有一缺陷密度，所述缺陷密度以缺陷面积比例表示时是小于20%。上述硅晶铸锭的制造方法，按下述步骤进行:①、在一 i甘祸内形成一娃熔汤，将与所述i甘祸的底部相垂直的方向定义为垂直方向；②、控制关于所述硅熔汤的至少一个热场参数，致使从所述硅熔汤中成长若干硅晶粒，所述硅晶粒在所述坩埚的底部内壁成核且沿所述垂直方向成长；③、继续控制所 述至少一个热场参数，直至所述硅熔汤全部凝固以获得所述硅晶铸淀，其中所述娃晶铸淀的底部处的娃晶粒的平均晶粒尺寸小于12mm。所述坩埚的所述底部内壁具有300μπι至ΙΟΟΟμπι的粗糙度，致使在所述底部内壁处提供给所述硅晶粒若干个成核点。较佳地是，所述坩埚的所述底部内壁上具有若干突出体，所述若干突出体作为硅晶粒的若干个成核点并造成所述坩埚的所述底部内壁的粗糙度。其中，所述每一个突出体是陶瓷材料的生坯体、陶瓷材料的烧结体、石墨的生坯体和石墨的烧结体中的一种。其中，所述陶瓷材料选自SiN、Si3N4, SiO2, SiC、Al2O3和AlN中的一种。也可以在硅晶铸锭制造之前，先在所述坩埚的所述底部内壁施加喷砂处理以造成所述坩埚的所述底部内壁的所述粗糙度。设有安置在所述坩埚上方的加热器以及安置在所述坩埚下方的定向固化块，所述至少一个热场参数是指从所述加热器至所述坩埚的第一温度梯度(需控制在低于0.40C /cm)、从所述硅熔汤的底部至所述定向固化块的顶部的第二温度梯度(需控制在高于17°C /cm)以及热传输通量(需控制在高于37000W/m2)中的至少一个。本专利技术的有益效果是:本专利技术与先前技术的不同之处在于，本专利技术对于多晶硅铸造提出控制热场参数(thermal control parameter)、成核点(nucleation site)密布 甘祸底部等方法，来大量降低大尺寸硅晶粒分布比例；由于小尺寸硅晶粒型态在长晶过程中有较少晶粒竞争现象，且小尺寸硅晶粒分布紧密较易趋于单一向上成长，减少晶粒大吃小情形与避免柱状晶无法成长完整；此外，分布密布高的晶界(grain boundary)进一步提供晶体内差排(dislocation)或其他应力缺陷得以顺利移动的管道，降低缺陷增加速率，进而让硅晶铸锭整体有较佳的晶体质量，后续制成的太阳能电池的光电转换效率也较高。附图说明图1为本专利技术实施例所述硅晶铸锭的制造方法的示意图之一；图2为本专利技术实施例所述硅晶铸锭的制造方法的示意图之二 ；图3为本专利技术的坩埚的底部内壁的金相图，显示其底部内壁上形成多个突出体；图4为坩埚的底部内壁未做处理的金相图。图5为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭与作为对照的现有技术的硅晶铸锭的硅晶粒尺寸比较结果图；图6为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭与作为对照的现有技术的硅晶铸锭的缺陷密度比较结果图；图7为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其底部区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图8为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其中间区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图9为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其顶部区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图10为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其底部区域显示其缺陷密度的金相图；图11为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其中间区域显示其缺陷密度的金相图；图12为根据本专利技术具体实施例所制造的硅晶铸锭其顶部区域显示其缺陷密度的金相 图13为作为对照的现有技术的硅晶铸锭其底部区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图14为作为对照的现有技术的硅晶铸锭其中间区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图15为作为对照的现有技术的硅晶铸锭其顶部区域显示其硅晶粒尺寸的金相图；图16为作为对照的现有技术的硅晶铸锭其底部区域显示其缺陷密度的金相图；图17为作为对照的现有技术的硅晶铸锭其中间区域显示其缺陷密度的金相图；图18为作为对照的现有技术的硅晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅晶铸锭，具有一底部，并将与所述底部垂直的方向定义为垂直方向，其特征在于：所述硅晶铸锭包含沿所述垂直方向成长的若干个硅晶粒，将所述底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第一平均晶粒尺寸，所述第一平均晶粒尺寸小于12mm。

【技术特征摘要】
1.种硅晶铸锭，具有一底部，并将与所述底部垂直的方向定义为垂直方向，其特征在于:所述硅晶铸锭包含沿所述垂直方向成长的若干个硅晶粒，将所述底部处的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第一平均晶粒尺寸，所述第一平均晶粒尺寸小于12mm。2.据权利要求1所述的硅晶铸锭，其特征在于:将所述硅晶铸锭距离其底部250mm的部位定义为上区域，将所述上区域的硅晶粒的平均晶粒尺寸定义为第二平均晶粒尺寸，所述第二平均晶粒尺寸大于14mm。3.据权利要求2所述的硅晶铸锭，其特征在于:所述第一平均晶粒尺寸小于8mm。4.据权利要求2所述的硅晶铸锭，其特征在于:所述硅晶铸锭的所述上区域的硅晶粒具有一缺陷密度，所述缺陷密度以缺陷面积比例表示时是小于20 %。5.据权利要求1所述的硅晶铸锭的制造方法，其特征在于，按下述步骤进行: ①、在一 甘祸内形成一娃熔汤，将与所述 甘祸的底部相垂直的方向定义为垂直方向； ②、控制关于所述硅熔汤的至少一个热场参数，致使从所述硅熔汤中成长若干硅晶粒，所述硅晶粒在所述坩埚的底部内壁成核且沿所述垂直方向成长； ③、继续控制所述至少一个热场参数，直至所述硅熔汤全部凝固以获得所述硅晶铸锭，其中所述娃晶铸淀的底部处的娃晶粒的平均晶粒尺寸小于12mm。6.据权利要求5所述的硅晶铸锭的制造方法，其特征在于:所述坩埚的所述底部内...

【专利技术属性】
技术研发人员：许松林，杨承叡，黄培恺，倪笙华，杨瑜民，萧明恭，余文怀，林钦山，徐文庆，蓝崇文，
申请(专利权)人：昆山中辰矽晶有限公司，
类型：发明
国别省市：