一種多晶硅晶體的生長工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多晶硅晶體的生長工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球各國對可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保能源的不斷關(guān)注，清潔能源已成為各國能源領(lǐng)域研究的重要議題，這其中太陽能發(fā)電是最主要的方向之一。太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電，而通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，簡稱“光電”。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。而太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池片，有單晶娃、多晶娃、非晶硅和薄膜電池等。其中，單晶硅和多晶硅電池用量最大。
[0003]單晶硅是指硅原子在三維空間有規(guī)律周期性的不問斷排列，形成一個(gè)完整的晶體材料，材料性質(zhì)體現(xiàn)各向異性，即在不同的晶體方向各種性質(zhì)都存在差異；多晶硅是指由兩個(gè)以上尺寸不同的單晶硅組成的硅材料，它的材料性質(zhì)體現(xiàn)的是各向同性。而多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料，因而自然也是全球光伏產(chǎn)業(yè)的基石。
[0004]多晶硅的生產(chǎn)通常是采用多晶硅鑄造技術(shù)，這種鑄造技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅錠具有厘米級(jí)大晶粒、柱狀晶粒結(jié)構(gòu)、電阻率均勻性好、雜質(zhì)含量低等特點(diǎn)。業(yè)內(nèi)經(jīng)過多年的研究開發(fā)，已出現(xiàn)多種多晶硅鑄造技術(shù)，目前多晶硅鑄錠的鑄造技術(shù)主要采用的是定向凝固法，而在多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中主要是經(jīng)過五個(gè)重要階段硅料加熱、硅料熔化、硅錠生長、硅錠退火和硅錠冷卻。眾所周知的，多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程是一個(gè)復(fù)雜的步驟，每一步都會(huì)影響到后續(xù)多晶硅電池的品質(zhì)，其中影響多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率的因素有電阻率、少子壽命和晶粒大小。因而，多晶娃鑄淀技術(shù)的關(guān)鍵就在于要獲得定向排列的柱狀晶，晶粒尺寸要大，獲得較長的少子壽命，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但是由于整體過程的復(fù)雜性和大規(guī)模生產(chǎn)中的不可控因素，都會(huì)造成多晶硅晶體材料中的各種缺陷，如空位、孿晶、裂紋、晶界、位錯(cuò)、微觀缺陷和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬等等，這些都會(huì)影響到最終多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0005]因此，如何在上述多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中，尋求進(jìn)一步的改進(jìn)方法以克服晶體材料上的缺陷提高產(chǎn)品合格率，最大程度的降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)廠家亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種多晶硅晶體的生長工藝，本發(fā)明的提供多晶硅鑄錠晶體生長工藝，能夠有效的提高電池轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品良率，極大的降低了生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝，其特征在于，包括，
[0008]A)將硅料加熱熔化后，在形核初期，在第一溫度的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0009]B)在長晶初期，在初期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0010]C)在長晶中期，在中期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0011]D)在長晶后期，在后期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長，得到多晶硅鑄錠；
[0012]所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。
[0013]優(yōu)選的，所述初期長晶速率為1.2?1.4cm/h ;所述中期長晶速率為1.1?1.4cm/h ;所述后期長晶速率為0.9?1.2cm/h0
[0014]優(yōu)選的，所述第一溫度為1420?1430°C ;所述長晶初期的溫度為1420?1440°C ；所述長晶中期的溫度為1405?1435°C ;所述長晶后期的溫度為1405?1420°C。
[0015]優(yōu)選的，所述形核初期的時(shí)間為30?150min ;所述長晶初期的時(shí)間為150?240min ;所述長晶中期的時(shí)間為630?1140min ;所述長晶后期的時(shí)間為780?1020min。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟B)具體為，
[0017]B1)在長晶初期，進(jìn)行第一階段晶體生長；
[0018]B2)在長晶初期，在第二長晶速率的條件下進(jìn)行第二階段晶體生長。
[0019]優(yōu)選的，所述第一階段的時(shí)間為30?60min，所述第一階段的溫度為1420?1440°C ；
[0020]所述第二長晶速率為1.2?1.4cm/h,所述第二階段的時(shí)間為120?180min，所述第二階段的溫度為1420?1440°C。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟C)具體為，
[0022]C1)在長晶中期，在第三長晶速率的條件下進(jìn)行第三階段晶體生長；
[0023]C2)在長晶中期，在第四長晶速率的條件下進(jìn)行第四階段晶體生長；
[0024]C3)在長晶中期，在第五長晶速率的條件下進(jìn)行第五階段晶體生長；
[0025]C4)在長晶中期，在第六長晶速率的條件下進(jìn)行第六階段晶體生長。
[0026]優(yōu)選的，所述第三長晶速率為1.2?1.4cm/h,所述第三階段的時(shí)間為360?480min，所述第三階段的溫度為1415?1435°C ；
[0027]所述第四長晶速率為1.2?1.3cm/h，所述第四階段的時(shí)間為30?180min，所述第四階段的溫度為1410?1430°C ;
[0028]所述第五長晶速率為1.2?1.3cm/h，所述第五階段的時(shí)間為60?180min，所述第五階段的溫度為1410?1430°C ;
[0029]所述第六長晶速率為1.1?1.2cm/h,所述第六階段的時(shí)間為180?300min，所述第六階段的溫度為1405?1425°C。
[0030]優(yōu)選的，所述步驟D)具體為，
[0031]D1)在長晶后期，在第七長晶速率的條件下進(jìn)行第七階段晶體生長；
[0032]D2)在長晶后期，在第八長晶速率的條件下進(jìn)行第八階段晶體生長；
[0033]D3)在長晶后期，進(jìn)行第九階段晶體生長，得到多晶硅鑄錠。
[0034]優(yōu)選的，所述第七長晶速率為1.0?1.2cm/h，所述第七階段的時(shí)間為240?360min，所述第七階段的溫度為1405?1425°C ；
[0035]所述第八長晶速率為0.9?1.2cm/h,所述第八階段的時(shí)間為420?480min，所述第八階段的溫度為1400?1420°C ；
[0036]所述第九階段的時(shí)間為120?180min，所述第九階段的溫度為1400?1420°C。
[0037]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝，其特征在于，包括，首先將硅料加熱熔化后，在形核初期，在第一溫度的條件下進(jìn)行晶體生長；然后在長晶初期，在初期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；其次在長晶中期，在中期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；最后在長晶后期，在后期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長，得到多晶硅鑄錠；所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于高質(zhì)量晶向(低缺陷密度)的控制與形核環(huán)境關(guān)系很大，容易導(dǎo)致形核質(zhì)量不穩(wěn)定，因而，從多晶硅鑄錠的生產(chǎn)過程中硅錠生長步驟入手，針對現(xiàn)有的多晶硅鑄錠長晶工藝中存在的速率相同的問題，本發(fā)明對長晶各個(gè)階段的長晶速率進(jìn)行差異性控制，尤其是長晶初期(缺陷形成期間)，進(jìn)而有效的降低了晶體缺陷密度，保證了低缺陷晶體的持續(xù)生長，解決了頭中尾硅片效率差異較大的問題，從而提高整錠良率，降低生產(chǎn)成本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的多晶硅晶體的生長工藝，產(chǎn)品平均良率為73%，制備的多晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率為18.05%。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的多晶硅鑄錠和普通多晶硅鑄錠的少子分布對比圖；
[0039]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的多晶硅鑄錠和普通多晶硅鑄錠的晶粒對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0041]本發(fā)明所有原料，對其來源沒有特別限制，在市場上購買的或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法制備的即可。
[0042]本發(fā)明所有原料，對其純度沒有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純。
[0043]本發(fā)明提供了一種多晶硅晶體的生長工藝，其特征在于，包括，
[0044]A)將硅料加熱熔化后，在形核初期，在第一溫度的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0045]B)在長晶初期，在初期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0046]C)在長晶中期，在中期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長；
[0047]D)在長晶后期，在后期長晶速率的條件下進(jìn)行晶體生長，得到多晶硅鑄錠；所述初期長晶速率、中期長晶速率和后期長晶速率互不等同。
[0048]本發(fā)明首先將硅料加熱熔化后，在形核初期，在第一溫度的條件下進(jìn)行晶體生長；所述第一溫度優(yōu)選為1420?1430 °C，更優(yōu)選為1421?1429 °C，更優(yōu)選為1422?1428 °C，最優(yōu)選為1424?1426°C ;所述形核初期的時(shí)間優(yōu)選為30?150min，更優(yōu)選為50?120min，更優(yōu)選為70?lOOmin，最優(yōu)選為80?90min。本發(fā)明對所述形核初期的晶體生長速度不做特別限制，以硅料晶體在上述第一溫度和形核初期時(shí)間的條件下進(jìn)行常規(guī)的生長即可；本發(fā)明對所述晶體生長的其他條件沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的硅料晶體生長的條件即可；本發(fā)明對所述晶體生長的設(shè)備沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員晶體生長的設(shè)備即可，本發(fā)明優(yōu)選為多晶硅結(jié)晶爐；本發(fā)明對所述形核初期，多晶硅結(jié)晶爐的隔熱籠開度沒有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)溫度控制情況進(jìn)行自行調(diào)整，本發(fā)明優(yōu)選為10?12cm0
[0049]本發(fā)明對所述硅料的來源沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的硅料來源即可，可以選自市售或按照常規(guī)方法制備；本發(fā)明對所述硅料加熱的過程和設(shè)備沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的硅料加熱的過程和設(shè)備即可，本發(fā)明優(yōu)選為將硅料加熱至1400?1500°C，再進(jìn)入硅料熔化過程；本發(fā)明對所述硅料熔化的過程和設(shè)備沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的硅料熔化的過程和設(shè)備即可，本發(fā)明優(yōu)選為將硅料溫度控制在1480?1550°C，恒溫進(jìn)行硅料熔化過程；本發(fā)明對上述硅料加熱和硅料熔化的具體工藝選