[发明专利]采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接从硅溶液形成硅片的制作设备及其控制方法，尤其涉及一种采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法。

背景技术

硅材料一直是半导体行业应用最广的材料之一，随着光伏行业的迅猛发展，太阳能级的硅材料需求量不断增加。主流的p型单晶硅太阳能电池的效率平均为20～22％，主流的p型多晶硅太阳能电池的效率平均为17～19％。厚度为180～200μm的硅片主要是采用线切割的工艺实现，经过铸锭或单晶拉制、开方和切片后，实际使用的硅片材料只占到硅原材料的约35％，材料损失高达约65％。

采用一种直接从硅熔液形成硅片的技术，不仅可以减少工艺流程，降低硅片的单位能耗，同时可以极大的提高制作硅片的过程中硅材料的利用率。目前，国际上从硅熔液中连续生长硅带的技术已经实现，但是由于设备及工艺的控制难度较高，仍未能实现在硅太阳能电池领域的大规模推广。其他从硅熔液中形成硅片的技术，目前仍处于实验室研发阶段，未能实现产业化的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法，能够采用氧化层辅助的从硅熔液中直接形成可用的硅片，避免浪费硅料，可操作性强，硅片表面带有氧化层，可有效缓解硅片应力，并且有助于形成温和的过冷环境，对于形成无位错硅片具有很好的优势。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种采用氧化层辅助的硅片制作设备，包括炉体，所述炉体内设有用于盛放熔融硅液的石英坩埚，所述石英坩埚的外侧周围设有加热器，其中，所述石英坩埚的上方设有薄石英管，所述薄石英管的一端开口向下，另一端固定在夹持器上，所述夹持器和驱动电机相连并可带动薄石英管一起旋转升降，所述薄石英管内设有气冷腔，所述气冷腔中通有冷却气体，所述气冷腔的底部设有微细气孔，所述气冷腔的底部位于薄石英管开口端的上方，所述薄石英管的一侧设有激光切割器，另一侧设有硅片承接板。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其中，所述薄石英管壁厚1～3mm，直径为10～30cm。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备，其中，所述微细气孔均匀分布于整个气冷腔底面，所述微细气孔的孔径范围为1～20μm。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，包括如下步骤：a)先利用加热器将石英坩埚中的硅加热熔化，然后向气冷腔通入惰性气体和氧气的混合冷却气体；b)将薄石英管向下的开口端浸入硅液面，使得气冷腔的底部距离硅液面1～5cm；c)硅液在薄石英管的开口端处冷却形成硅片，硅片上方形成氧化层；d)控制夹持器带动旋转薄石英管，并将薄石英管缓慢向上提升，使得硅片脱离硅液面；e)待硅片位置与激光切割器位置吻合时，启动激光切割器对硅片处的薄石英管进行切割，薄石英管以一定转速进行旋转，保证薄石英管壁整个周长范围内均匀的切割,使得硅片脱落至硅片承接板上，并连同硅片承接板一起移出至炉体外。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤a)中硅加热熔化后，稳定在1417～1423℃并保持2～3小时，所述混合冷却气体的气压为100～1000Pa。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤a)的混合冷却气体中，氧气所占的重量百分含量为0.5％～5％；所述步骤c)中控制氧化层的厚度范围为10～200μm，控制硅片的厚度为100～200μm。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤d)中控制薄石英管的旋转转速为100rpm，向上提升速率为1mm/s。

上述的采用氧化层辅助的硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤e)中保持薄石英管的旋转转速为100rpm，控制激光切割器的切割缝小于0.5mm。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的采用氧化层辅助的硅片制作设备及其控制方法，采用薄石英管作为硅片成型限边，由气冷腔底端的微细气孔喷出的氧化气流接触硅液面，热量由气冷腔带走，采用激光切割薄石英管壁使得形成的硅片脱落，从而避免浪费硅料，硅片表面带有氧化层，可有效缓解硅片应力，并且有助于形成温和的过冷环境，对于形成无晶向位错硅片具有很好的优势。

附图说明

图1为本发明的采用氧化层辅助的硅片制作设备结构示意图；

图2为本发明的硅片制作设备中的提取单元的结构示意图；

图3为本发明的硅片制作设备中的气冷腔底面结构示意图。

图中：

1驱动电机 2混合气体进出口3定位导轨