[发明专利]坩埚组合及利用该坩埚组合制造硅晶铸锭的方法

说明书

一种坩埚组合以及利用该坩埚组合制造硅晶铸锭的方法。本发明的坩埚组合包含坩埚主体以及纤维编织体。纤维编织体由多根碳纤维所构成，并且安置于坩埚主体的底部上。纤维编织体具有多个本质的孔洞，且成无序排列。

技术领域

本发明关于一种坩埚组合以及利用该坩埚组合制造硅晶铸锭的方法，并且特别地，关于可以利用来制造出减少杂质、降低氧含量、减少红区的硅晶铸锭的坩埚组合。并且，利用本发明的坩锅所制造的硅晶铸锭其后续制成的太阳能电池的光电转换效率明显提升。

背景技术

大多的太阳能电池吸收太阳光，进而产生光伏效应(photovoltaic effect)。目前太阳能电池的材料大部分都是以硅材为主，主要是因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的原材，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，价格相对地便宜许多。

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工艺来生产。利用铸造工艺来制备多晶硅，进而应用在太阳能电池上是本技术领域的现有的技术。简言之，将高纯度的硅熔融在石英坩埚内，在控制凝固下被冷却以形成多晶硅铸锭。接着，多晶硅铸锭被切割成接近太阳能电池尺寸大小的晶圆，进而应用在制造太阳能电池上。以这种方法制造的多晶硅铸锭为硅结晶晶粒的聚集体，其中在由其制成的晶圆中，晶粒相互之间的晶向实际上是随机的。

在现有的多晶硅中，因为晶粒的随机晶向而难以对所制成的芯片表面进行粗糙化(texturing process)。表面粗糙化后可降低光反射并提高通过电池表面的光能吸收，来提高光伏电池的效率。另外，在现有的多晶硅晶粒之间的晶界中形成的扭/位错/缺陷，倾向形成成核位错的簇集，或形成多条线位错形式的结构缺陷。这些位错以及它们趋向吸引的杂质，造成了由现有的多晶硅制成的光伏电池中电荷载子的快速复合。这会导致电池的效率降低。由这类多晶硅制成的光伏电池通常比由单晶硅制成的等效光伏电池的效率低，即使考虑了在由现有技术制造的单晶硅中所存在的缺陷的径向分布。然而，因为制造现有的多晶硅相对简单且成本更低，以及在电池加工中有效的缺陷钝化，多晶硅成了广泛用于制造光伏电池的硅材料的形式。

现有技术已揭露在坩埚的底部铺设单晶粒晶种层并基于方向性凝固制成硅晶铸锭。以这种方法，能够铸造具有高性能的单晶硅和/或双晶(bi-crystal)或类单晶(mono-like crystal)硅块状体的铸锭，后续制成晶圆的少数载子的寿命能被最大化，晶圆用于制造高效太阳能电池。在此，术语单晶硅是指单晶硅的主体，其在整个范围内具有一个一致的晶体晶向。术语双晶硅是指如下的硅的主体，其在大于或等于所述主体体积50％的范围内具有一个一致的晶体晶向，且在主体的剩余体积内具有另一个一致的晶体晶向。例如，这种双晶硅可以包含具有一个晶体晶向的单晶硅主体，其紧邻构成结晶硅剩余体积的另一种具有不同晶体晶向的单晶硅主体。术语类单晶硅是指如下的结晶硅的主体，其在超过主体体积的75％的范围内具有一个一致的晶体晶向。此外，现有的多晶硅是指具有厘米规模的细微性分布的结晶硅，且在硅的主体内具有多种随机晶向的晶体。

现有技术也有在坩埚的底部铺设多晶硅或单晶硅碎料(granulars)构成的成核促进层协助硅晶粒成核并基于方向性凝固，最终成长成底部为小尺寸硅晶粒、整体缺陷密度低之硅晶铸锭。藉由小晶粒作为成核促进层，能够藉由晶粒细化抑制位错生成，进而减少其生长之机会。此种硅晶铸锭后续制成的太阳能电池的光电转换效率也相当高。