[发明专利]制造硅晶铸锭的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种制造硅晶铸锭(crystalline silicon ingot)的方法，并且特别地，本发明是关于制造具有低缺陷密度硅晶铸锭的方法，进一步是关于减少坩埚(crucible)等模对硅晶铸锭污染以及回收硅晶种(silicon seed)再使用的制造硅晶铸锭的方法。

背景技术

大多的太阳能电池是吸收太阳光的部份，进而产生光伏效应(photovoltaic effect)。目前太阳能电池的材料大部份都是以硅材为主，主要是因为硅材为目前地球上最容易取到的第二多元素，并且其具有材料成本低廉、没有毒性、稳定性高等优点，并且其在半导体的应用上已有深厚的基础。

以硅材为主的太阳能电池有单晶硅、多晶硅以及非晶硅三大类。以多晶硅做为太阳能电池材料，主要是基于成本的考虑，因为其价格相较于以传统的拉晶法(Czochralski method，CZ method)以及浮动区域法(floating zone method，FZ method)所制造的单晶硅，价格相对便宜许多。

使用在制造太阳能电池上的多晶硅，传统上是利用一般铸造制程来生产。利用铸造制程来制备多晶硅，进而应用在太阳能电池上是众所皆知的技术。简言之，将高纯度的硅熔融在模内(例如，石英坩埚)，在控制凝固下被冷却以形成结晶硅。接着，该多晶硅铸锭被切割成接近晶圆大小的晶片，进而应用在制造太阳能电池上。

在铸造的过程中，硅晶铸锭中晶粒与晶粒间容易产生许多缺陷(defect)，进而会造成光电转换效率降低。例如，差排(dislocation)与晶界(grain boundary)在多晶硅中，属于降低光电转换效率的有害缺陷。因为这两者常有机会成为复合中心(recombinationcenter)，并会降低少数载子(minority carrier)(即电子)的寿命周期。所以，多晶硅晶体的缺陷密度将会严重影响光电元件的结构、特性及载子的传输速率。关于制造多晶硅铸锭的先前技术也大多着重在如何制造具有低缺陷密度或具有无害的缺陷(例如，双晶晶界(twin boundary))的多晶硅铸锭。

然而，硅晶铸锭与坩埚等模接触的边缘区域会遭受坩埚等模，须切除当作废料。目前仍未见到减少因坩埚等模污染所造成废料的技术被提出。

此外，现有技术对于硅晶铸锭的制造大多采用单晶硅晶种。单晶硅晶种占硅晶铸锭的制造成本的比例相当高。而就太阳能电池应用，接近单晶品质的低缺陷密度多晶当作晶种，也尚未被提出。此外，目前仍未见到降低硅晶种占硅晶铸锭的制造成本的比例的技术被提出。

此外，目前制造具有低缺陷密度或具有无害的缺陷的硅晶铸锭的制造成本仍相当高。

发明内容

因此，本发明的一范畴在于提供一种制造具有低缺陷密度的硅晶铸锭的方法，根据本发明所制造的硅晶铸锭除了具有低缺陷密度之外，还显著地减少了因坩埚等模污染所造成废料。

此外，本发明的另一范畴在于提供一种制造硅晶铸锭的方法，并且用来制造硅晶铸锭的硅晶种可以回收再行使用。

此外，本发明的再一范畴在于提供一种制造硅晶铸锭的方法，并且可以较低成本制造具有低缺陷密度或具有无害的缺陷的硅晶铸锭。

根据本发明的第一较佳具体实施例的制造硅晶铸锭的方法，首先是提供一模(mold)。该模适合用来经定向凝固法(directional solidification process)熔化及冷却硅原料(silicon feedstock)。接着，根据本发明的方法是装一阻障层(barrier layer)至该模内。接着，根据本发明的方法是装至少一硅晶种(silicon crystal seed)至该模内并放置在该阻障层上。接着，根据本发明的方法是装该硅原料至该模内并放置在该至少一硅晶种上。接着，根据本发明的方法是加热该模直至该硅原料的全部以及该至少一硅晶种的一部份熔化，以获得硅熔料。最后，根据本发明的方法是基于定向凝固法冷却该模，由此造成该硅熔料凝固以形成该硅晶铸锭。