多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅锭的制造方法，包括：在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶，形成籽晶层；将固态的硅原料装载到籽晶层的上方；对所述容器进行加热，熔化所述硅原料和部分所述籽晶层，形成液体层，至少保持与容器底部接触的部分籽晶层为固态；控制多晶硅锭生长炉内的热场，对液体层进行结晶形成结晶层，以使固液界面向远离所述容器底部的方向移动；固液界面向远离所述容器底部的方向移动相应距离后，进入回熔结晶过程，至少执行一次所述回熔结晶过程后，得到多晶硅锭。采用本发明专利技术的方法生产出的多晶硅锭杂质含量低，生产出的太阳能电池成本低、衰减系数低，光电转换效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单晶硅、多晶硅的制造技术和光电领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池。
技术介绍
太阳能电池可将光能转换为电能，光电转换效率的高低以及电池衰减的快慢是衡量太阳能电池质量好坏的重要参数。目前，根据材料的不同，太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两种。其中，单晶硅锭是将含有掺杂剂的硅原料熔融后，将结晶硅拉出熔融区域而结晶形成的，通常生产单晶硅锭的方法有熔体直拉法(Czochralski，简称CZ法)和悬浮区熔法(简称FZ法)，CZ法是将单晶硅锭从熔融的硅液中缓慢拉出，FZ法是通过熔融区域供应固体材料并在所述熔融区域的另一侧上重新凝固。 由于晶粒间的取向是固定的，因此单晶硅太阳能电池的光电转换效率较高，但是，从生产成本上来看，采用这两种方法生产的单晶硅单次产量少，而且生产成本较高，尤其是FZ法生产的单晶硅棒的尺寸较小；从生产的单晶硅棒的性能上来看，单晶硅棒中包含径向分布的杂质和缺陷，如氧诱导堆垛层错(OSF)的环和空隙，或者空位团的“漩涡”缺陷，以CZ法为例，由于石英坩埚的使用，在单晶硅锭内部不可避免的就会包含较多的氧杂质，氧杂质与掺杂的硼结合后产生的硼氧(B-O)复合体又是引发太阳能电池衰减的主要因素，因此，使用这种单晶硅棒制作的太阳能电池的衰减系数较高。多晶硅锭通常是采用铸造的方法加工而成的，铸造多晶硅是将熔融的原料硅置于石英坩埚中，并通过控制熔融硅的冷却过程，使熔融硅结晶后得到的。相对于单晶硅锭，多晶硅锭内存在较多的缺陷，晶粒小，常规多晶硅晶粒之间的晶界和位错较多，从而造成了电荷载流子的快速复合，导致少子寿命低，并且，由于晶粒之间的取向是随机的，导致难以对晶片表面进行较好的织构，使得常规多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池的光电转换效率低，但是多晶硅锭内的氧含量能够控制在较好的水平，从而使得多晶硅太阳能电池的衰减系数较低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多晶硅锭及其制造方法、太阳能电池，相对于现有技术中的单晶硅太阳能电池，采用本专利技术实施例提供的多晶硅锭生产出的太阳能电池的成本底、衰减系数更低，同时，相对于现有技术中的多晶硅太阳能电池，采用本专利技术实施例提供的多晶硅锭生产出的太阳能电池的光电转换效率更高。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了如下技术方案一种多晶硅锭的制造方法，包括在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶，形成籽晶层；将固态的硅原料装载到所述籽晶层的上方；对所述容器进行加热，熔化所述硅原料和部分所述籽晶层，以形成液体层，至少保持与所述容器底部接触的部分籽晶层为固态；控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对所述液体层进行结晶形成结晶层，以使固液界面向远离所述容器底部的方向移动；所述固液界面向远离所述容器底部的方向移动相应距离后，进入回熔结晶过程，至少执行一次所述回熔结晶过程后，得到多晶硅锭；其中，所述回熔结晶过程包括，控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对所述结晶层进行回熔，使所述固液界面向靠近所述容器底部的方向移动，之后，控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对液体层进行结晶，以使所述固液界面向远离所述容器底部的方向移动，所述固液界面向靠近所述容器底部的方向移动的距离小于所述固液界面向远离所述容器底部·的方向移动的距离。优选的，所述多晶硅锭含有连续的大尺寸的单晶硅区域，所述单晶硅区域的晶体学取向与位于其下方的所述籽晶的晶体学取向相同。优选的，所述籽晶为晶体学取向为(100)、(110)或(111)的单晶硅。优选的，将固态的硅原料装载到所述籽晶层的上方的过程具体为将小颗粒的硅原料装载到所述籽晶层的上方，以填充所述籽晶间的缝隙以及所述籽晶层与所述容器侧壁间的缝隙；将大体积的硅原料装载到所述小颗粒硅原料的上方。优选的，所述籽晶层的厚度为lOmm-lOOmm。优选的，第一次开始结晶时，固态籽晶层的厚度为1_-50_。优选的，所述籽晶层的面积占据所述容器底部面积的50% -99%。优选的，所述容器为石英坩埚、碳化硅坩埚或氮化硅坩埚。本专利技术实施例还公开了一种采用上述方法制作的多晶硅锭，所述多晶硅锭包含晶体学取向一致的连续大尺寸的单晶硅区域。本专利技术实施例还公开了一种太阳能电池，采用以上所述的多晶硅锭，包括晶片，所述晶片上具有晶体学取向一致的连续大尺寸的单晶硅区域；所述晶片中的P-N结；所述晶片上的导电触点。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本专利技术实施例所提供的技术方案，采用铸造的方法生产多晶硅锭，通过在容器底部预先铺设大面积籽晶形成籽晶层，由籽晶引导单晶硅区域的生长，并且通过多次回熔结晶，使生产出的多晶硅锭中包含连续大尺寸的单晶硅区域，即铸造出的多晶硅锭是由大部分与籽晶晶体学取向一致的单晶硅区域，以及少部分的多晶硅区域组成的。由于铸造过程中底层的籽晶层隔绝了容器底部的氧，从而降低了多晶硅锭中的氧杂质含量，而且，多晶硅锭中含有大尺寸的单晶硅区域。因此，采用本专利技术实施例提供的多晶硅锭生产出的太阳能电池，较现有技术中的单晶硅太阳能电池衰减系数更低，较现有技术中的多晶硅太阳能电池光电转换效率更高。并且，由于本实施例中采用多次回熔结晶的方式形成多晶硅锭，在一定程度上减缓了晶体的凝固速度，使杂质(如碳化硅、氮化硅等)有足够的时间进行分凝，即使原料中的杂质能够析出后再次溶解在溶液中，从而避免了杂质留存在已经凝固的晶体区域，进而减少了铸造主体内的硬质点和杂质富集层，使生产出的多晶硅锭中的缺陷密度大大降低，也从一定程度上提高了少子寿命，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附I为本专利技术实施例一公开的多晶硅锭的制造方法的流程示意图；图2a-图2d为本专利技术实施例一公开的多晶硅锭的回熔生长过程示意图； 图3为本专利技术实施例二公开的多晶硅锭的制造方法的流程示意图；图4为本专利技术实施例二公开的籽晶铺设方式俯视图；图5为本专利技术实施例二公开的装载硅原料方式的剖面图；图6为本专利技术实施例二中生产的多晶硅锭的剖面图。具体实施例方式正如
技术介绍
部分所述，采用现有技术的方式生产的单晶硅锭产能小，生产成本高，并且由于氧杂质较多，使得采用现有技术中的单晶硅锭制作的太阳能电池的衰减系数较高；而米用现有技术中生产的多晶娃锭，虽然产能大，但由于多晶娃自身晶粒取向随机，不能采用化学方法对其表面进行较好的织构，从而不能更好的降低多晶硅表面对光的反射率，提高对光的吸收率等特点，导致多晶硅太阳能电池光电转换效率低。单晶硅的缺陷是由于生产方式本身形成的，多晶硅晶粒取向随机的缺陷是由其本身结构决定的，若仍采用同样的方式生产同样的产品，这些缺陷就是不可避免的。另外，多晶硅锭除晶粒取向随机等自身结构的缺陷外，还有其它因工艺原因引起的缺陷，如杂质硬质点及其引发的位错和蚀坑等缺陷，专利技术人研究发现，出现这些情况的原因是，在晶体生长的定向凝固过程中，由于分凝系数较小，硅原料中的碳、氮等杂质会在固液界面处富集，当生长速度比较快时，杂质来不及分凝，就会形成碳化硅、氮化硅等，从溶液中析出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅锭的制造方法，其特征在于，包括：在多晶硅锭生长炉内的容器底部铺设籽晶，形成籽晶层；将固态的硅原料装载到所述籽晶层的上方；对所述容器进行加热，熔化所述硅原料和部分所述籽晶层，以形成液体层，至少保持与所述容器底部接触的部分籽晶层为固态；控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对所述液体层进行结晶形成结晶层，以使固液界面向远离所述容器底部的方向移动；所述固液界面向远离所述容器底部的方向移动相应距离后，进入回熔结晶过程，至少执行一次所述回熔结晶过程后，得到多晶硅锭；其中，所述回熔结晶过程包括，控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对所述结晶层进行回熔，使所述固液界面向靠近所述容器底部的方向移动，之后，控制所述多晶硅锭生长炉内的热场，对液体层进行结晶，以使所述固液界面向远离所述容器底部的方向移动，所述固液界面向靠近所述容器底部的方向移动的距离小于所述固液界面向远离所述容器底部的方向移动的距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑志东，翟蕊，石郧熙，李娟，彭春球，刘文涛，
申请(专利权)人：浙江思博恩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：