[发明专利]定向凝固铸锭用籽晶拼接结构

说明书

技术领域

本发明涉及定向凝固铸锭用籽晶拼接结构，属于硅晶体制造领域。

背景技术

近年来，硅单晶和硅多晶广泛应用于光伏太阳能电池、液晶显示等领域。目前类硅单晶的常用制造方法为定向凝固法，该方法在平底坩埚底部铺设长方体籽晶，籽晶规则排列形成籽晶层。硅料置于平底坩埚内，铺设于籽晶层上。通过熔化阶段的温度控制，待硅料熔融后，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化，再经定向散热而在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得与籽晶相似或一样的晶粒。

长方体籽晶规则排列的拼接方式下，定向凝固法生长类单晶的过程中，易产生位错源，进而导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。经研究表明，晶界导致单晶面积比例下降，位错导致硅片形成大量的缺陷，太阳能电池的光电转换效率降低、使用寿命减短，从而影响光伏器件的性能。

为此，中国发明专利申请CN 103060892 A公开了“一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法”，将籽晶传统的竖直拼接面改为带有倾斜角度或弧度的拼接面。采用拼接面切向与平底坩埚底部平面的法线方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通过改变籽晶的形状来减少位错源，甚至减少多晶晶界产生，实现全单晶，位错源少的类单晶生长。进而减少了硅片的位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。

然而发明人经过实验发现，上述方法仍在存在缺陷。虽然斜面拼接一定程度上减少了间隙的产生，但是由于斜面光滑使得该籽晶拼接方式在籽晶拼接和硅料装填过程中，可能因压力导致籽晶拼接变形，从而影响后续单晶铸锭质量，对籽晶的拼接提出了很高的技术要求，工艺容差性能变差。同时，在加热过程中紧致排列的籽晶受热膨胀，可能会翘起，籽晶之间的拼接缝隙会变大，导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种定向凝固铸锭用籽晶拼接结构。

为了达到上述目的，本发明提出的定向凝固铸锭用籽晶拼接结构，包括互相拼接的籽晶块，相邻籽晶块之间的拼接面为与坩埚底部呈垂直的平面，其特征在于：籽晶块开设有与拼接面垂直的横向柱形孔，相邻籽晶块拼接后，所述横向柱形孔对拼形成长条形柱形腔，该柱形腔内插入有硅棒，所述硅棒与柱形通孔内壁的间隙小于0.5mm。

本发明进一步的改进在于：

1、所述柱形孔为通孔，硅棒长度与籽晶块横向宽度相等，该硅棒两端分别插入相邻籽晶块的对应柱形孔内，使相邻籽晶块通过横向插入的硅棒连接在一起。

2、所述柱形孔与硅棒之间的间隙填充有硅粉。

3、籽晶块为块状籽晶、方籽晶或板状籽晶。

4、所述硅棒通过钻机在籽晶块上横向钻取获得，钻取硅棒后在籽晶块上留下的钻孔即为所述柱形孔。

5、所述柱形孔的孔径范围为2.5mm-5mm，所述硅棒的外径范围为3-5mm。

本发明在籽晶块上开设横向柱形孔，硅棒两端插入相邻籽晶块的柱形孔内，实现籽晶块的拼接，该拼接形式具有榫卯结构，提高籽晶拼接面的贴合度，不会因两个籽晶拼接面的抛光导致两块籽晶在压力下相对滑动。在加热过程中，边缘处的籽晶受热膨胀，榫卯结构更加紧密，缝隙变得更小，相邻籽晶块贴合得更紧密，防止籽晶块边缘翘起引起的缝隙变大，从而最大程度的减少晶体位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。本发明的硅棒和柱形孔可以通过钻机在一次加工中获得，在工业上易于实现，并且本发明拼接（插接）方法简单，容易被操作人员掌握，具有极高的实用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明籽晶拼接结构剖视示意图。

图2是本发明籽晶拼接结构爆炸图。

图中标号示意如下：1-籽晶块，2-籽晶块，3-柱形孔，4-柱形孔，5-拼接面，6-硅棒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本发明实施例定向凝固铸锭用籽晶拼接结构，包括互相拼接的长条形板状籽晶块1、2，相邻籽晶块1、2之间的拼接面5为与坩埚底部垂直的平面，籽晶块1开设有与拼接面5垂直的横向柱形孔3，籽晶块2开设有与拼接面5垂直的横向柱形孔4，籽晶块拼1、2接后，横向柱形孔3、4对拼形成长条形柱形腔，该柱形腔内插入有硅棒6，硅棒6与柱形通孔3、4内壁的间隙小于0.5mm。本例中柱形孔的内径为4mm，硅棒的外径范围为3.9mm。