[发明专利]晶体硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种晶体硅及其制备方法。

背景技术

太阳能光伏发电是目前发展最快的可持续能源利用的形式之一，近些年来在各国都得到了迅速的发展。目前，利用铸造法生产太阳能用单晶硅的方法受到了越来越多的关注。铸造单晶硅具有直拉单晶硅低缺陷的优点，并且可以通过碱制绒的方法形成金字塔型的织构，提高对光的吸收，从而提高转化效率；同时，铸造单晶硅也具有铸造多晶硅生产成本低，产量高的优点。因此，铸造单晶硅继承了直拉单晶硅和铸造多晶硅的优点，克服了两种方式各自的缺点，生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池转换效率提高1%以上。成为降低太阳能电池生产成本的重要途径。但是受到坩埚壁形核以及长晶时固液界面的影响，在靠近坩埚面的硅锭中，出现了多晶形核，并且有大量的位错积累，出现多晶与单晶相互交互的硅片，这些边缘硅片的转换效率偏低，甚至低于普通多晶硅片。同时由于单晶硅中单晶硅籽晶生产成本高，使铸造单晶硅片的成本较普通多晶硅片偏高，这些严重制约铸造单晶硅片的大量生产。

发明内容

基于此，有必要提供一种晶体硅的制备方法，能够减少单晶硅籽晶的使用量，提高靠近坩埚侧壁的边缘硅片的转换效率。此外，还提供了一种通过该方法制得的晶体硅。

一种晶体硅的制备方法，包括以下步骤：在坩埚底部中央铺设填充料，在填充料上铺设单晶硅籽晶，形成单晶硅籽晶层，然后在填充料和单晶硅籽晶层的四周铺设多晶硅块，形成多晶硅籽晶层；在所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层上设置熔融状态的硅料，控制所述坩埚内的温度，在所述单晶硅籽晶层熔化10%～90%时进入长晶阶段；控制长晶时的温度，在垂直于坩埚底部方向形成由下向上逐步升高的温度梯度，使熔化的硅液沿单晶硅籽晶的晶向方向定向凝固，得到中间为单晶硅边缘为多晶硅的晶体硅。

在其中一个实施例中，所述单晶硅籽晶紧密排列，且相邻的单晶硅籽晶的侧面晶向不同。

在其中一个实施例中，所述单晶硅籽晶层的厚度为3～50mm。

在其中一个实施例中，所述填充料的厚度为1～30mm。

在其中一个实施例中，所述多晶硅籽晶层的厚度为4～80mm。

在其中一个实施例中，所述填充料的熔点等于或高于硅的熔点。

在其中一个实施例中，所述填充料为石英粉料或板材、碳化硅粉料或板材、氮化硅粉料或板材、硅块、硅颗粒或硅粉。

在其中一个实施例中，所述在所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层上设置熔融状态的硅料为：在所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层上装载固体硅料，对所述坩埚进行加热使得所述固体硅料熔融，使所述熔融状态的硅料设置于所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层表面。

在其中一个实施例中，所述在所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层上设置熔融状态的硅料为：在另一个坩埚中加热固体硅料，制得熔融状态的硅料，将所述熔融状态的硅料浇注至所述铺设有单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层的坩埚内，使所述熔融状态的硅料设置于所述单晶硅籽晶层和多晶硅籽晶层表面。

一种晶体硅，所述晶体硅是通过前述的晶体硅的制备方法制得的。

上述晶体硅的制备方法，通过在坩埚底部中央依次铺设填充料和单晶硅籽晶，且单晶硅籽晶和填充料四周直接设置多晶硅块作为籽晶，一方面减少了单晶硅籽晶的用量，降低了生产成本；另一方面，只在中间铺设填充料，简化了生产工序，且避免了硅液与填充层直接接触，减少了硅液中的杂质含量，提高了边缘硅片的转换效率。

通过上述晶体硅的制备方法制得的晶体硅，中间为单晶硅，边缘为多晶硅，提高了边缘硅片的转换效率，克服了铸造单晶硅边缘硅片效率偏低的问题。

附图说明

图1为晶体硅的制备方法的流程图；

图2为晶体硅的制备方法中填充料、单晶硅籽晶及多晶硅块在坩埚底部铺设的示意图；

图3为晶体硅的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1和图2，一实施方式的晶体硅的制备方法，包括以下步骤。

步骤S110、在坩埚底部中央铺设填充料，在填充料上铺设单晶硅籽晶，形成单晶硅籽晶层，然后在填充料和单晶硅籽晶层的四周铺设多晶硅块，形成多晶硅籽晶层。