本发明专利技术涉及一种装置，该装置包括具有底部（２）和侧壁的坩埚（１）。坩埚（１）包括至少一个水平布置于侧壁（３）的底部的横向狭缝（４）。横向狭缝（４）具有大于５０ｍｍ的宽度，优选地介于１００ｍｍ和５００ｍｍ之间。狭缝（４）的宽度（Ｈ）介于５０和１０００微米之间。晶体材料通过横向狭缝（４）从该坩埚输出，以形成晶体带（Ｒ）。该方法包括将结晶化核与通过横向狭缝（４）输出的材料接触的步骤，以及带（Ｒ）的水平位移步骤（１４）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过受控结晶化(controlled crystallization )来制造晶体 材料的带的装置。
技术介绍
通常通过受控结晶化，即，从初始固化部分迁移固化前沿(液态/固态界 面)来获得从液态硅浴的硅固化，其中该初始固化部分具体为种子或通过局 部冷却结晶的首层。这样，固态硅块从液态硅浴中汲取原料逐渐生长增大。 传统上采用的两种方法为柴可拉斯基(Czochralski)方法和布里吉曼 (Bridgman)方法或它们的变体。依照柴可拉斯基方法，将通常相对于固态 硅晶轴取向的种子与熔融物接触并緩慢提拉。液态硅浴和热梯度随后保持不 变，而依照布里吉曼方法，硅浴相对于热梯度移动，或热梯度相对于硅浴移 动。在硅晶片制造方面的技术进步，例如线锯，与内径(ID)锯相比，由于 在执行切割时由于生产率更高和材料损耗减小的不可否认的益处，因而在半 导体工业和光伏工业中实现了巨大的经济上的进步。尽管如此损耗仍然很 大，而且线锯设备成本很高。此外，锯切需要昂贵的附加表面化学清洗和恢 复步骤。为了克服切割半导体材料的困难，人们提出了各种晶片制造方法，例如 从熔融物中提拉带或在基板上连续生长带。然而，在基板上生长带需要分离 带和基板的附加步骤，并且会出现带被基板污染的危险。另一项技术为利用 碳带，硅结晶在该碳带上，然后燃烧碳带而余下两条硅带。然而，获得的晶 片的晶向或多或少难以控制，因此电性能平庸。具体地说，对于光伏方面的 应用，需要少数电荷载流子扩散长度大的设备。例如对于多晶硅的情况，只 有多晶材料晶界与表面垂直，更确切地说，与光伏电池的P/N结垂直，才能 做到这一点。为了得到结晶化材料质量使得随后可以制造光伏电池，必须去除来自原料(例如硅给料)的残留杂质。 一种众所周知的方法是偏析(segregation) 出具有低偏析系数的成分。然而，对于将残留在液相内的杂质，必须建立热 梯度，以使固态/液态界面在给定的该界面的推进速度上保持充分稳定，以避 免硅晶粒的不受控的、等轴的或树枝状的生长。此外，依照现有技术的方法无法将自液态硅生产硅晶片集成到光伏电池 生产线中。Hide 等人的文章Cast Ribbon For Low Cost Solar Cells (0160-8371/88/0000-1400， 1988正EE)描述了铸造厚0.5mm、宽100mm 的光伏硅带的方法。该方法使用具有对组合模具的开口的坩埚，该组合模具 置于坩埚的中心开口之下。该组合^f莫具逐渐收缩以形成狭窄而细长的导向通 道，该导向通道构成水平地移动远离坩埚轴线的细长模具。初始材料为在坩 埚中熔融的电子级质量(electronic quality )的硅。在初始材料完全熔融之后， 硅注入到该组合模具中，由此大气压力应用到坩埚。固化发生在狭窄通道中。 晶体在狭窄通道中向上生长，并且固化前沿大幅地倾斜。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服已知装置的不足之处，且具体为提供一种通过受控 结晶化来制造晶体材料带的装置和方法，使得可以直接从液态原料获得晶 片，而不需要晶锭切料、将切料过的晶锭切割成晶砖以及用线锯将晶砖切片 成晶片的附加步骤。本专利技术进一步的目的是将晶片生产直接集成到光伏电池 生产线中。依据本专利技术，通过所附的权利要求，更具体地通过下述事实达到这一目 的该装置包括具有底部和侧壁的坩埚，该坩埚包括水平置于该侧壁的底部 的至少一个横向狭缝，该横向狭缝的宽度大于50mm、高度介于50至1000樣吏米之间。这样的装置还可以通过偏析实施净化，且由此可以从例如冶金级硅的较 低纯净度的硅获得硅带，该较低纯净度的硅因此没有非常纯的电子级硅那么昂贵。本专利技术进一步的目的是提供一种使用依照本专利技术的装置、通过沿着结晶 轴的受控结晶化来制造晶体材料带的方法，该结晶轴与该装置的提拉轴大致 上垂直。附图说明从对仅出于非限制性的示例目的而给出并在附图中示出的本专利技术具体 实施例的下述描述中，本专利技术的其他优点与特征将更显而易见，附图中图1、 2和4示出了依据本专利技术的装置的三个具体实施例的截面图。 图3、5和8示出了依据图2的坩埚的三个备选实施例沿着图2的线A-A 截取的截面图。图6示出了依据本专利技术的装置直接集成到光伏电池生产线中。图7示出了依据本专利技术的装置的一个具体实施例中，坩埚和带的倾斜。具体实施例方式图1中示出的装置包括具有底部2和侧壁3的坩埚1。坩埚1包括水平 置于图1中的右侧侧壁的底部部分的横向狭缝4。横向狭缝4具有大于50mm 并优选地介于100mm至500mm之间的宽度L(垂直于图1)。狭缝4的高度 H介于50至IOOO微米之间。这样，通过从横向狭缝4中输出的材料的受控 结晶化获得晶体材料的带R,带R如图1中的箭头5所示被提拉。该晶体材 料例如是硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)等。带R的厚度由狭缝4的高度H和提拉速率决定。提拉速率越高，带R 的厚度减少得越多。带R的宽度由狭缝4的宽度L决定。带状R随后被切 割成晶片，晶片的表面直接由带R的表面形成。固化前沿即固体/液体界面，位于狭缝4中。如图1所示，通过依据本发 明的装置，带以及晶片的制造使受控结晶化沿着与该设备的提拉轴T基本上 垂直的结晶轴C完成。依据本专利技术，建立基本上垂直于带R和/或该带的该提拉方向的热梯度， 该带自收纳有液态原料的该蚶埚的开口离开。该热梯度优选地定位于该坩埚 的该开口，例如狭缝4。结晶轴C具体地由该热梯度的方向决定。结晶轴C 因此基本上垂直于该带，并因此基本上垂直于该晶片。多晶材料的晶界垂直 于晶片表面，并且对于光伏方面应用，垂直于光伏电池的P/N结，从而改进 材料的电学特性和光伏电池的性能。该坩埚必须能承受高达1500°C的温度，并表现出与待结晶化的材料例 如与硅的低反应性。坩埚l例如由石英、氮化硅、石墨、覆有氮化硅的石英或其他不易熔材料制成。图1中，横向狭缝4置于坩埚1的底部2和相应侧壁3之间，该相应侧 壁3于是与底部2保持一定距离。如果需要，狭缝4的高度H可以通过高度 可调的附加壁6进行调整，附加壁6置于该坩埚的外侧上并使横向狭缝4的 高度H可以变化，如图l所示。附加壁6的材料优选地为与坩埚l相同的材 料。如图2所示，该坩埚可以包括多个横向狭缝4，分别置于例如两个相对 的侧壁3中。这样可以同时获得两个晶体材料的带R。在图2中，横向狭缝 4加工形成于相应侧壁3的底部。图3表明横向狭缝4位于相应侧壁3的底 部，沿其宽度L的方向水平地延伸。该装置优选地包括向坩埚持续提供待结晶化的材料的供给源7,如图2 中箭头8所示。该材料以其固相或液相供给。后一种情况下，该装置可以集 成到原料净化系统中。例如，可以设想附加的加热系统和虹吸供给，而净化 可以通过例如等离子体完成。为了在坩埚l内建立热梯度，该坩埚在顶部加 热，通过底部2冷却。冷却速率必须调整以使得材料可结晶化并吸收与结晶 化相对应的潜热(latent heat )。取决于杂质，需要考虑到过度冷却 (supercooling)现象。为了将液/固相的分离定位在横向狭缝4的水平上，坩埚优选地在横向狭 缝4的水平上局部冷却，例如通过与该坩埚的底部2接触安置的若干巻曲冷 却匝(coiled cooling turn )。例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过受控结晶化制造晶体材料的带（Ｒ）的装置，其特征在于，所述装置包括具有底部（２）和侧壁（３）的坩埚（１），所述坩埚（１）包括水平布置于所述侧壁（３）的底部的至少一个横向狭缝（４），所述横向狭缝（４）具有大于５０ｍｍ的宽度（Ｌ）以及介于５０和１０００微米之间的高度（Ｈ）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2005-10-26 05109401.一种通过受控结晶化制造晶体材料的带(R)的装置，其特征在于，所述装置包括具有底部(2)和侧壁(3)的坩埚(1)，所述坩埚(1)包括水平布置于所述侧壁(3)的底部的至少一个横向狭缝(4)，所述横向狭缝(4)具有大于50mm的宽度(L)以及介于50和1000微米之间的高度(H)。2、 根据权利要求1的装置，其特征在于，所述横向狭缝(4)的宽度介 于100mm和500mm之间。3、 根据权利要求1或2的装置，其特征在于，所述横向狭缝(4)布置 于所述坩埚(1)的所述底部(2)和一个所述侧壁(3)之间。4、 根据权利要求1至3中任一项的装置，其特征在于，所述横向狭缝 (4)加工形成于所述侧壁(3)中。5、 根据权利要求1至3中任一项的装置，其特征在于，所述橫向狭缝 (4)具有可变的高度(H)。6、 根据权利要求1至5中任一项的装置，其特征在于，所述装置包括 向所述坩埚(1)供给待结晶化的原料的持续供给装置(7)。7、 根据权利要求1至6中任一项的装置，其特征在于，所述装置包括 在所述横向狭缝(4)的水平上局部冷却所述坩埚(1)的所述底部(2)的 冷却装置(9、 10)。8、 根据权利要求1至7中任一项的装置，其特征在于，所述装置包括 在所述横向狭缝...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰艾因豪斯，弗朗索瓦利萨尔德，休伯特劳弗雷，
申请(专利权)人：阿波朗索拉尔公司，西伯斯塔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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