[发明专利]多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅的制造技术，尤其涉及多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要为采用GT Solar所提供的定向凝固系统法(简称DSS)炉晶体生长技术，该方法通常包括加热、熔化、凝固长晶、退火和冷却等步骤。在凝固长晶过程中，伴随着坩埚底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发形成随机形核并且随机形核逐渐生长。DSS生长技术可生长大的多晶硅锭，因而多晶硅的产量高；但是，现有技术中生产出的多晶硅锭中的杂质含量和缺陷密度都较高，这就直接影响了太阳能电池的光电转换效率。

研究人员报道了一种通过在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶来生长类单晶的方法，该方法制备得到的硅锭晶体相对于使用DSS方法制得的硅锭晶体提高了质量。然而，该方法具有以下缺点：（1）铺设了大量的连续的大尺寸的单晶作为籽晶，而所述的大尺寸的单晶需要从单晶主体上切割获得且保持形状完整，因此，籽晶的来源范围窄且成本高昂，不适于大规模生产；（2）所述籽晶内部没有晶界，因此容易引入新的位错，且位错容易增殖，从而降低多晶硅锭的质量。

现有技术还公开了采用单晶或多晶硅碎片作为籽晶生产多晶硅锭的方法，可是细碎料之间因形状不规则，容易出现大量空隙。空隙中形成的晶粒晶向随机性强，在定向凝固晶体生长过程中，更容易产生位错。现有技术生产多晶硅锭的主要缺点包括：形成的细晶粒大小不均匀；晶向较随机；尾部硅片位错多，容易出现位错团；头部硅片位错增值快，位错比例高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，该方法以拼接铺设的高纯多晶硅料为形核剂，再通过定向凝固法来生产多晶硅锭，该方法形核可控性强，避免了硅料在空隙中部分形核导致位错增多的问题，能够有效抑制位错的增殖，从而获得高质量的多晶硅锭。本发明同时提供了通过该制备方法获得的晶粒细小均匀、晶向集中的高质量多晶硅锭，以及利用所述多晶硅锭制备获得的多晶硅片；所述多晶硅片尾部位错团少，头部位错增值少，质量优良。

第一方面，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：

（1）在坩埚底部制备涂层；

（2）在所述涂层上铺设底面规整的多晶硅料块作为籽晶，形成籽晶层，所述涂层将所述籽晶层与所述坩埚底部隔离；所述籽晶为无掺杂剂、纯度在99.99%以上的高纯硅料；

（3）在所述籽晶层的上方设置熔融状态的硅料，并控制所述籽晶层不被完全熔化；

（4）控制所述坩埚内的温度沿垂直于所述坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使得所述熔融状态的硅料在未熔化的籽晶上结晶生长，制得多晶硅锭。

步骤（2）中所述底面规整的意义为：底面平整且形状规则。

步骤（2）中所述籽晶为西门子法气相沉积生产的纯度在99.99%以上的高纯硅料。

步骤（2）中所述籽晶还可以为由西门子法、硅烷热分解法、四氯化硅氢还原法或其他化学气相沉积法中沉积的纯度在99.99%以上的高纯硅粉经过等静压方法处理得到的多晶硅棒。

步骤（2）中所述掺杂剂为在单晶硅锭或者多晶硅锭制备过程中根据目标电阻率加入硅料中的物质，包括P型掺杂剂和N型掺杂剂。

所述多晶硅锭的制备方法中先制备涂层，所述涂层可以将籽晶层与坩埚底部隔离，来减少反应粘连使铸锭顺利脱模，并能够有效避免坩埚底部的杂质渗入到籽晶层和后续添加的硅料中，从而降低了多晶硅锭中的杂质含量，使多晶硅锭的质量得到保证。

西门子法气相沉积生产的高纯硅料纯度在99.99%以上，不含掺杂剂、电阻率高；正是由于没有掺杂剂的加入，使得高纯硅料中的杂质缺陷少，位错产生的可能性低，以此作为形核剂更容易生长出结晶良好、缺陷少、质量好的多晶硅锭；而且所述西门子法高纯硅料为结晶态，晶粒细小均匀，晶向集中，每个晶粒都是尚未生长完善的单晶，强烈趋向于长成完美晶格的单晶，所以反应活性高，因此原料硅液可以在此基础上继承晶格高效生长得到多晶硅；另一方面，晶粒小意味着晶界多，而晶界可以抑制位错滑移，阻止位错增殖扩展，有利于降低位错密度，从而获得高质量的多晶硅锭。