[发明专利]一种双晶向多晶硅铸锭及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双晶向多晶硅铸锭及其制备方法。包括如下步骤：分别将<100>晶向单晶棒的标准{100}晶面顺时针及逆时针旋转相同的角度，沿着旋转后的晶面切割，得到对称晶向的单晶籽晶，将对称晶向的单晶籽晶相邻间隔排列形成籽晶层，铺设在坩埚底部；再将硅料置于籽晶层上，加热控制坩埚温度，使得硅料完全融化而籽晶层部分融化，诱导部分熔化的籽晶层生长，通过定向凝固得到了<100>和<221>双晶向的多晶硅铸锭。该方法避免了由于籽晶摆放形成的晶向差而导致的位错，规则的双晶向多晶硅铸锭上部的位错密度低于5×10⁴/cm²，有效的提高了多晶硅铸锭的质量。

技术领域

本发明涉及多晶硅的制造领域，具体涉及一种双晶向多晶硅铸锭及其制备方法。

背景技术

太阳能作为自然界最丰富的清洁能源，在世界范围内被认为是最理想的可再生新能源之一，目前全球主要通过光伏发电来利用太阳能。在目前的光伏市场上，太阳电池组件主要以晶体硅材料为基础，其占据了90％以上的市场份额，晶体硅材料包括单晶硅片和多晶硅片。

单晶硅片是由直拉法生长得到的圆柱形单晶硅棒切片得到，缩颈的工艺使得直拉单晶硅具有无位错的特性，因此缺陷较少，杂质含量较低。单晶硅片的晶向统一为&lt;100&gt;，因此可通过碱制绒工艺在硅片表面形成金字塔状绒面，产生陷光效应，大大降低硅片表面的反射率，增强硅片对太阳光的吸收，提高单晶硅太阳电池的转换效率。但是，单晶硅片单炉产量低，生产成本较高，且太阳电池组件需要方形硅片，会造成圆形直拉单晶硅片的材料浪费。此外，对于普遍生产的p型直拉单晶硅，由于其氧含量较大，在光照下会产生大量的硼氧复合体，从而造成严重的光致衰减效应。

多晶硅片则是由定向凝固法生长得到的方形多晶硅锭切片得到，相比于少缺陷、少杂质、高效率的单晶硅，其优势在于成本较低，单炉产量大，且方形的材料利用率高。此外，多晶硅片中的氧含量相对直拉单晶硅要低的多，因此光衰减的影响要小的多。然而，多晶硅片的缺点也很明显，第一，由于坩埚和氮化硅涂层与熔融硅液直接接触，会使得多晶硅片中杂质含量较高；第二，由于多晶硅材料中，存在大量的晶界和位错等结构缺陷，这些缺陷会与杂质元素相互作用，形成的载流子复合中心，严重影响材料的质量，制约太阳电池的转换效率；第三，由于多晶硅片表面晶粒取向不一，只能通过酸制绒工艺来制备绒面，也影响了太阳电池的转换效率。

为了解决这些问题，研究人员提出了在坩埚铺设多个籽晶拼接而成的籽晶层，通过诱导籽晶层而制备多晶硅铸锭，如CN102797037A公开了籽晶层由至少一种晶体学取向的籽晶拼接而成；CN102392300A公开了按照一定角度切割得到不同晶向的籽晶，再相邻间隔紧密排列形成籽晶层。以上解决方案均没有很好的解决多晶硅材料中存在大量的晶界和位错等结构缺陷，这些结构缺陷影响了多晶硅材料的质量，制约了多晶硅太阳电池的转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种在籽晶拼接处形成对称共格Σ(100)晶界的制备&lt;100&gt;和&lt;221&gt;双晶向多晶硅铸锭的方法，避免了籽晶拼接处位错的产生，有效提高了多晶硅铸锭的质量。

一种双晶向多晶硅铸锭的制备方法，包括如下步骤：

(1)将&lt;100&gt;晶向单晶棒的标准{100}晶面顺时针旋转10～30°，沿着旋转后的晶面切割，得到长方体形的单晶籽晶I；将&lt;100&gt;晶向单晶棒的标准{100}晶面逆时针旋转相同的角度，沿着旋转后的晶面切割，得到与单晶籽晶I形状相同的单晶籽晶II；单晶籽晶I与单晶籽晶II相邻间隔、紧密排列形成籽晶层，铺设在坩埚底部；

(2)将硅料置于籽晶层上，并将内装籽晶层和硅料的坩埚装入多晶硅铸锭炉内，将多晶硅铸锭炉加热至硅料完全熔化而籽晶层部分熔化；