硅锭的制备方法及硅锭的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种硅锭的制备方法及硅锭。该制备方法包括以下步骤：将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使部分第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅；对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅；对第二晶体硅进行退火和冷却，以获得硅锭。该制备方法能够使得杂质得到进一步分凝，从而降低了所形成硅锭中的杂质的含量和缺陷密度，进而提高了生长形成硅锭的品质。
【专利说明】硅锭的制备方法及硅锭
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏【技术领域】，具体而言，涉及一种硅锭的制备方法及硅锭。
【背景技术】
[0002]目前，在硅锭的生产中普遍采用半熔技术或有籽晶高效多晶技术(小晶粒)。所谓全熔技术的主要工艺为在坩埚底部不铺设碎籽晶，直接将铸锭料装到坩埚中，然后通过熔化长晶等步骤生长多晶硅锭。由于坩埚底部不铺设碎籽，使得长晶初期在坩埚底部的形核率较小，从而导致所生长晶粒的尺寸较大，最终使得所形成电池的效率较低。所谓半熔技术是在坩埚底部铺设碎籽晶，再装入铸锭料，然后通过熔化长晶等步骤生长多晶硅锭。由于熔化过程底部籽晶有所保留，因此在长晶过程会以底部保留籽晶为长晶初始点，这样可以获得较大的形核率，从而获得较小的晶粒，进而在一定程度上降低硅锭整体的位错密度，提升电池效率。
[0003]然而，现有的有籽晶高效多晶的生长方法需要要求底部籽晶不能熔化，因此在熔化过程中底部温度要控制的比较低，这样才能保证底部籽晶保留。同时，由于硅料在熔化过程中蓄积大量潜热，在长晶开始之前要释放这部分潜热，所以需要较低的底部温度。当潜热释放到可以长晶时，温度已经控制到比较低，因此长晶初期的长晶速率会比较大，长晶初期较大的长晶速率会使得杂质不能及时的分凝，长晶初期的生长应力不能及时的释放，同时也为位错的延伸生长提供了良好的条件。因此有杆晶闻效多晶娃淀的底部红区较闻，从而会影响硅块底部硅片的电池效率，进而影响硅锭的出材率。
[0004]引起底部红区升高的原因有两方面，第一方面是硅锭底部杂质含量较多(以碳与金属元素居多)，这些杂质会引起硅晶体结构的畸变，从而在硅锭中引起缺陷，而且这些元素会成为较强的复合中心，从而会降低少子寿命，即使得红区比例增大；第二方面是晶体生长的初期由于应力、籽晶空隙等原因，使得晶体内部会存在较大的位错密度，而位错具有衍生性，其会沿着晶体生长的方向延伸生长，造成位错增值，从而造成硅锭的位错密度升高，进而使得底部红区升高。因此，如何提高长晶初期的杂质分凝并降低长晶初期的位错密度，成为本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提供一种硅锭的制备方法及硅锭，以提高长晶初期的杂质分凝并降低长晶初期的位错密度，进而提高所形成硅锭的品质技术中的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种硅锭的制备方法，该制备方法包括以下步骤:将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融娃；降低i甘祸底部的温度，以使部分第一熔融娃通过第一次长晶形成第一晶体硅；对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅；对第二晶体硅进行退火和冷却，以获得硅锭。
[0007]进一步地，硅原料包括籽晶和铸锭硅料，形成第一熔融硅的步骤包括:在坩埚的底部铺设10?20Kg的籽晶，然后在籽晶上装入铸锭硅料；进行加热至铸锭炉的控温点达到1200?1500°C，然后将铸锭炉的侧部隔热笼的高度调至3?7cm，以使得铸锭硅料和部分籽晶熔化形成第一熔融硅。
[0008]进一步地，在形成第一熔融硅的步骤中，保持坩埚底部的温度低于硅原料的熔点，并使硅原料以15?25mm/h的速率熔化。
[0009]进一步地，形成第一熔融硅之后，剩余的籽晶的高度为7?15cm。
[0010]进一步地，籽晶为多晶碎硅料或单晶碎硅料，籽晶的尺寸大小为3?8mm3。
[0011]进一步地，在形成第一晶体硅的步骤中，通过将侧部隔热笼的高度调至10?12cm,以降低坩埚底部的温度。
[0012]进一步地，在形成第一晶体硅的步骤中，形成高度为硅锭的高度的1/6?1/3的第一晶体娃。
[0013]进一步地，形成第二熔融硅的步骤中，通过将铸锭炉的控温点调至1450?1500°C，并保持侧部隔热笼的位置不变，以降低坩埚底部的温度。
[0014]进一步地，形成第二熔融硅后，剩余的第一晶体硅的高度为硅锭的高度的1/12?1/8。
[0015]进一步地，形成第二晶体硅的步骤中，通过将侧部隔热笼的高度调至12?18cm，并保持铸锭炉的控温点的温度不变，以降低坩埚底部的温度。
[0016]进一步地，第二次长晶的速率为5?10mm/h。
[0017]同时，本发明还提供了一种硅锭，该硅锭由本发明提供的制备方法制备而成。
[0018]应用本发明的技术方案，本发明通过形成第一晶体硅后，使部分第一晶体硅通过第二次熔化形成第二熔融硅，以及使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅，从而使得杂质得到进一步分凝，进而降低了所形成硅锭中的杂质的含量。同时，由于第二次长晶的籽晶是第一次长晶得到的晶体结构，使第二次长晶的籽晶较第一次长晶的籽晶相比经历了高温应力释放阶段，因此第二次长晶的籽晶的应力会降低，且缺陷密度会降低，从而使得第二次长晶的籽晶的品质较第一次长晶的籽晶更优。而且，第二次长晶的籽晶相当于一整块硅块，并无明显的空隙，从而使得第二次长晶过程中的缺陷源会明显降低，进而有效截断位错的延伸生长，并进一步提闻了生长形成娃淀的品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1示出了本发明实施方式所提供的硅锭的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0023]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0024]由【背景技术】可知，现有硅锭的制备方法所形成硅锭底部的杂质含量较多，且存在较大的位错密。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种硅锭的制备方法。如图1所示，该制备方法包括以下步骤:将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使部分第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅；对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅；降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅；对第二晶体硅进行退火和冷却，以获得硅锭。
[0025]上述制备方法通过形成第一晶体硅后，使部分第一晶体硅通过第二次熔化形成第二熔融硅，以及使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅，从而使得杂质得到进一步分凝，进而降低了所形成硅锭中的杂质的含量。同时，由于第二次长晶的籽晶是第一次长晶得到的晶体结构，使第二次长晶的籽晶较第一次长晶的籽晶相比经历了高温应力释放阶段，因此第二次长晶的籽晶的应力会降低，且缺陷密度会降低，从而使得第二次长晶的籽晶的品质较第一次长晶的籽晶更优。而且，第二次长晶的籽晶相当于一整块硅块，并无明显的空隙，从而使得第二次长晶过程中的缺陷源会明显降低，进而有效截断位错的延伸生长，并进一步提闻了生长形成娃淀的品质。
[0026]下面将更详细地描述根据本发明提供的硅锭的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0027]首先，将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融娃。在一种优选的实施方式中，娃原料包括籽晶和铸锭娃料，此时形成第一熔融硅的步骤包括:在坩埚的底部铺设10?20Kg的籽晶，然后在籽晶上装入铸锭硅料；进行加热至铸锭炉的控温点达到1200?1500°C，然后将铸锭炉的侧部隔热笼的高度调至3?7cm，以使得铸锭硅料和部分籽晶熔化形成第一熔融硅。当然，硅原料也可以全部为铸锭硅料，即不在坩埚的底部铺设籽晶。其中，硅锭炉可以采用GT铸锭炉。
[0028]在该步骤中，需要保持坩埚底部的温度低于硅原料的熔点，并使硅原料以15?25mm/h的优选速率熔化。同时，该步骤中需保持上下较大的温度梯度(一般为150?200°C左右)，并保持娃料有一定的熔化速度(一般为15mm/h?25mm/h)。优选地,形成第一熔融硅之后，剩余的籽晶的高度为7?15cm。其中，籽晶可以为多晶碎硅料或单晶碎硅料，籽晶的尺寸大小优选为3?8_3。需要注意的是，在将坩埚置于凝固炉后，还包括对铸锭炉抽真空的步骤。
[0029]完成将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对坩埚进行加热以使硅原料通过第一次熔化形成第一熔融硅的步骤之后，降低坩埚底部的温度，以使部分第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅。在该步骤中，可以通过调节控温点的温度与隔热笼的开度，使熔融的硅液在未熔的硅料上迅速形核，形成均匀的小晶粒，小晶粒在竖直向上的定向温度梯度下定向生长。在一种优选的实施方式中，通过将侧部隔热笼的高度调至10?12cm，以降低坩埚底部的温度。
[0030]上述第一晶体硅的高度可以根据实际工艺需求进行设定。为了进一步使得杂质得到分凝，并进一步降低所形成硅锭中的杂质的含量，在一种优选的实施方式中形成高度为硅锭的高度的1/6?1/3的第一晶体硅。当然，第一晶体硅的高度并不仅限于上述优选实施方式。
[0031]完成降低坩埚底部的温度，以使部分第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅的步骤之后，对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅。形成第二熔融硅后，剩余的第一晶体硅的高度可以根据实际工艺需求进行设定。优选地，剩余的第一晶体硅的高度为硅锭的高度的1/12?1/8。
[0032]该步骤中，本领域的技术人员可以通过调节铸锭炉的控温点和侧部隔热笼的位置等以降低坩埚底部的温度。在一种优选的实施方式中，通过将铸锭炉的控温点调至1450?1500°C，并保持侧部隔热笼的位置不变，以降低坩埚底部的温度。此时，坩埚顶部的温度得以升高，同时又能保证坩埚底部具有较低的温度，从而使得第一晶体硅由上往下定向熔化，同时还能够增加所形成第二熔融硅的温度，进而增加第二熔融硅的流动性，为下一步杂质分凝奠定基础。
[0033]完成对坩埚进行加热，以使部分第一晶体硅通过第二次熔化，并在坩埚中形成第二熔融硅的步骤之后，降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅。该步骤中，降低坩埚底部的温度的方法有很多种，例如提高侧部隔热笼的高度，或降低铸锭炉的控温点等。在一种优选的实施方式中，通过将侧部隔热笼的高度调至12?18cm，并保持铸锭炉的控温点的温度不变，以降低坩埚底部的温度。此时，坩埚底部的温度得以缓慢降低，从而达到定向生长的条件，同时由于侧部笼的开度增加，使得散热增加，而温度又需保持不变，因此加热器的功率自然会增加，从而会增加顶部硅液的温度，使得硅液的流动性增加，进而有利于杂质的分凝。同时，该优选工艺还能够使得第二次长晶缓慢进行，从而有利于消除位错。
[0034]其中，第二次长晶的速率可以根据实际工艺需求进行设定。优选地，第二次长晶的速率为5?10mm/h。需要注意的是，在该步骤中，还可以继续通过调整铸锭炉的控温点温度与侧部笼开度的方式控制长晶速率，使得长晶稳定进行直至生长结束。
[0035]完成降低坩埚底部的温度，以使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅的步骤之后，对第二晶体硅进行退火和冷却，以获得硅锭。当采用籽晶工艺时，该步骤之后并获得晶粒小且均匀的多晶硅锭。退火和冷却的工艺参数可以根据实际工艺需求进行设定，在此不再赘述。
[0036]同时，本发明还提供了一种硅锭，该硅锭由本发明提供的制备方法制备而成。该硅锭中杂质的含量和位错的密度得以降低，进而使得硅锭的品质得以提高。
[0037]从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果:本发明通过形成第一晶体硅后，使部分第一晶体硅通过第二次熔化形成第二熔融硅，以及使全部第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅，从而使得杂质得到进一步分凝，进而降低了所形成硅锭中的杂质的含量。同时，由于第二次长晶的籽晶是第一次长晶得到的晶体结构，使第二次长晶的籽晶较第一次长晶的籽晶相比经历了高温应力释放阶段，因此第二次长晶的籽晶的应力会降低，且缺陷密度会降低，从而使得第二次长晶的籽晶的品质较第一次长晶的籽晶更优。而且，第二次长晶的籽晶相当于一整块硅块，并无明显的空隙，从而使得第二次长晶过程中的缺陷源会明显降低，进而有效截断位错的延伸生长，并进一步提高了生长形成娃淀的品质。
[0038]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种硅锭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤: 将装有硅原料的坩埚置于铸锭炉中，并对所述坩埚进行加热以使所述硅原料通过第一次熔化形成第一熔融娃; 降低所述坩埚底部的温度，以使部分所述第一熔融硅通过第一次长晶形成第一晶体硅； 对所述坩埚进行加热，以使部分所述第一晶体硅通过第二次熔化，并在所述坩埚中形成第二熔融硅； 降低所述坩埚底部的温度，以使全部所述第二熔融硅通过第二次长晶形成第二晶体硅； 对所述第二晶体硅进行退火和冷却，以获得所述硅锭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅原料包括籽晶和铸锭硅料，形成所述第一熔融硅的步骤包括: 在所述坩埚的底部铺设10?20Kg的所述籽晶，然后在所述籽晶上装入铸锭硅料； 进行加热至所述铸锭炉的控温点达到1200?1500°C，然后将所述铸锭炉的侧部隔热笼的高度调至3?7cm，以使得所述铸锭硅料和部分所述籽晶熔化形成所述第一熔融硅。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一熔融硅的步骤中，保持所述坩埚底部的温度低于所述硅原料的熔点，并使所述硅原料以15?25mm/h的速率熔化。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一熔融硅之后，剩余的所述籽晶的高度为7?15cm。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述籽晶为多晶碎硅料或单晶碎硅料，所述籽晶的尺寸大小为3?8mm3。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一晶体硅的步骤中，通过将所述侧部隔热笼的高度调至10?12cm，以降低所述坩埚底部的温度。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一晶体硅的步骤中，形成高度为所述硅锭的高度的1/6?1/3的所述第一晶体硅。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二熔融硅的步骤中，通过将所述铸锭炉的控温点调至1450?1500°C，并保持所述侧部隔热笼的位置不变，以降低所述坩埚底部的温度。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二熔融硅后，剩余的所述第一晶体硅的高度为所述硅锭的高度的1/12?1/8。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成所述第二晶体硅的步骤中，通过将所述侧部隔热笼的高度调至12?18cm，并保持所述铸锭炉的控温点的温度不变，以降低所述坩埚底部的温度。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二次长晶的速率为5?10mm/ho
12.—种硅锭，其特征在于，所述硅锭由权利要求1至11中任一项所述的制备方法制备--? 。
【文档编号】C30B28/06GK104451873SQ201410668000
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】王全志, 孟庆超, 苏春阳, 甄良欣, 张莉沫, 夏新中, 潘明翠, 乔松, 窦伟军 申请人:英利集团有限公司