一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：在坩堝底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層；在籽晶層上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層；在緩沖層上碼放多層多晶硅晶磚，作為阻擋層；使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的多晶硅晶磚的縫隙填滿；在阻擋層上逐層碼放如下硅料：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100?120mm。本發(fā)明專利技術(shù)通過阻擋層與緩沖層的組合應(yīng)用，能夠得到平直的固液界面，硅錠更易于進(jìn)行外延生長，晶粒更均勻，柱狀晶更完整，減少了缺陷簇和晶粒晶界的形成，提高了硅錠的質(zhì)量。

Buffer type multilayer polycrystalline silicon seed crystal melting control charging method

The invention discloses a buffer type multi-layer polysilicon seed melting control charging method, which comprises the following steps: laying a layer of polysilicon as a directional block combines the semi melting process of seed layer in the bottom of the crucible; on the seed layer stacking of small particles and small pieces of native polysilicon polysilicon, as a buffer layer on the buffer layer; on the stacked multi-layer polysilicon crystal brick, as the barrier layer; the use of small particles of native polysilicon will crack a polycrystalline silicon brick in the above steps the fill layer; stacked on the barrier layer of silicon material are as follows: Rapeseed material, native polysilicon, head tail and side leather, until the stacked silicon material higher than 100 120mm crucible. The present invention by blocking the combination of application layer and buffer layer, can get the solid-liquid interface flat, silicon ingot easier by epitaxial growth, the columnar grain is more uniform, more complete, reduce the formation of defect clusters and grain boundaries, improve the quality of silicon ingot.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法
本專利技術(shù)屬于多晶硅熔化領(lǐng)域，涉及一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。
技術(shù)介紹
熔化是鑄錠過程中非常重要的階段，硅料熔化的快慢、熔化的均勻性對于半熔工藝顯得非常重要。一般來說，由于鑄錠爐的加熱器位于鑄錠爐的頂部和側(cè)壁，因此，爐內(nèi)硅料的熔化主要是從頂部開始，然后逐漸向下熔化。在重力的作用下，熔融的硅液會向下滲透，在滲透的過程中逐漸熔化通過路徑上的硅料，最后達(dá)到全部熔化的目的。但是，由于硅料的尺寸大小不一，硅料的成分也不均勻，因此，必然有的地方熔化快，有的地方熔化慢。當(dāng)熔化快的區(qū)域到達(dá)籽晶層后，開始熔化籽晶層，而熔化慢的區(qū)域還沒有接觸到籽晶層，一般來說，籽晶層的厚度僅有15-20mm，因此，如果有區(qū)域熔化特別快的話，必然造成在該區(qū)域的籽晶層的過熔甚至熔穿，如果考慮到熔化溫度分布不均勻，某些區(qū)域的熔化更快，更容易造成籽晶層的熔穿。當(dāng)籽晶層被熔穿后，其成核基底情況發(fā)生變化。由同質(zhì)基底變?yōu)楫愘|(zhì)基底。異質(zhì)基底由于晶格結(jié)構(gòu)的失配，引入雜質(zhì)等多種原因，易于在硅錠結(jié)晶的初期引入大量的缺陷簇，這些缺陷簇形成后會沿著結(jié)晶方向快速擴(kuò)展，形成缺陷網(wǎng)絡(luò)，造成硅錠質(zhì)量下降，因此，需要采用一種更好的裝料方式避免過熔區(qū)域的形成，減少缺陷簇發(fā)生的概率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是：提供一種避免過熔區(qū)域的形成，減少缺陷簇發(fā)生概率的緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：步驟a、在坩堝底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層；步驟b、在籽晶層上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層；步驟c、在緩沖層上交錯疊加放置多層多晶硅晶磚，作為阻擋層，所述阻擋層的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的交錯疊加放置的多層多晶硅晶磚中的縫隙填滿；步驟e、在阻擋層上逐層碼放如下硅料：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-120mm。作為優(yōu)化：所述步驟a中的籽晶層厚度為12-18mm。作為優(yōu)化：所述步驟b中的緩沖層的填充高度為100-150mm。作為優(yōu)化：所述步驟c中多晶硅晶磚的長、寬、高分別為156mm、156mm、30-40mm。作為優(yōu)化：所述坩堝內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有多晶硅晶磚作為保護(hù)層。本專利技術(shù)的有益效果如下：1、本專利技術(shù)采用在籽晶層上方設(shè)置了多晶硅晶磚構(gòu)成的阻擋層，使得阻擋層上方硅料熔化更徹底，形成平直的熔液界面，當(dāng)硅液熔過阻擋層后，在阻擋層下方是由小顆粒的原生多晶硅和多晶硅碎片構(gòu)成的致密硅料層，作為緩沖層，這使得熔液向下熔化的界面保持平直，最后與籽晶層接觸時，熔液與籽晶層的接觸面積大、均勻，固液界面平直。因此，通過阻擋層與緩沖層的組合應(yīng)用，能夠得到平直的固液界面，硅錠更易于進(jìn)行外延生長，晶粒更均勻，柱狀晶更完整，減少了缺陷簇和晶粒晶界的形成，提高了硅錠的質(zhì)量。2、本專利技術(shù)使用相同工藝制備太陽電池，緩沖式裝料方式的硅錠的產(chǎn)品收率更高，硅片的效率更高。3、本專利技術(shù)中的緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)截斷了硅熔液從頂部熔化后直接沿硅料縫隙侵蝕籽晶層的通道，避免了籽晶層出現(xiàn)局部過熔現(xiàn)象。采用緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)可以延長硅錠的直線缺陷區(qū)的長度，降低硅錠底部紅區(qū)的高度，提高硅錠質(zhì)量。附圖說明下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述：圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1籽晶層，2緩沖層，3阻擋層，4硅料，5保護(hù)層，6坩堝；圖2為多晶鑄錠剖面紅外掃描圖：(a)常規(guī)工藝制備硅錠剖面；(b)緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)制備硅錠剖面；圖3為常規(guī)工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)多晶硅片的PL測試圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施例：參照圖1所示，一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：步驟a、在坩堝6底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層1，所述籽晶層1厚度為12-18mm；步驟b、在籽晶層1上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層2，所述緩沖層2的填充高度為100-150mm；步驟c、在緩沖層2上交錯疊加放置多層多晶硅晶磚，作為阻擋層3，所述多晶硅晶磚的長、寬、高分別為156mm、156mm、30-40mm，所述阻擋層3的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；所述坩堝6內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有多晶硅晶磚作為保護(hù)層5；步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的交錯疊加放置的多層多晶硅晶磚中的縫隙填滿；步驟e、在阻擋層3上逐層碼放如下硅料4：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-120mm。對比實(shí)施例：使用相同的多晶硅料配方和工藝方案，進(jìn)行多晶硅常規(guī)裝料工藝鑄錠對比實(shí)驗(yàn)，即首先在坩堝底部鋪設(shè)一層碎多晶硅片作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層，籽晶層厚度為15mm。在籽晶層上鋪設(shè)顆粒較小的原生多晶硅料和碎多晶硅硅片，然后再其上碼放較大的原生多晶硅及頭尾邊皮料等，最后逐層按照之前的裝料方式碼放鑄錠硅料，直至多晶硅料高于坩堝口約100mm。上述的多晶硅常規(guī)裝料工藝鑄錠實(shí)驗(yàn)和本專利技術(shù)中的緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法相比，有如下區(qū)別：(a)直接碼放硅料的常規(guī)工藝，硅料中混合原生多晶硅、晶磚及小顆粒料；(b)緩沖式工藝鋪設(shè)小顆粒原生多晶硅料；(c)緩沖式裝料方式在小顆粒料層上鋪設(shè)晶磚層；(d)在緩沖層上鋪設(shè)多晶硅料。本專利技術(shù)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與性能分析如下：圖2為多晶鑄錠剖面紅外掃描圖：(a)常規(guī)工藝制備硅錠剖面；(b)緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)制備硅錠剖面。從圖中可以看出，常規(guī)工藝制備硅錠邊側(cè)壁處的籽晶層局部過熔，籽晶層形成向上凸起的形態(tài)；緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)硅錠的籽晶層形態(tài)更平直。其中，虛線以下部分為籽晶部分。從圖中可以看出兩種生長方式均形成了柱狀晶體。但是，緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)硅錠底部籽晶層熔化高度基本一致，常規(guī)工藝的硅錠籽晶層靠近坩堝壁處出現(xiàn)了部分過熔現(xiàn)象，整個籽晶層呈現(xiàn)向上凸起的弧線。圖3為常規(guī)工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)多晶硅片的PL測試圖。從圖3中可以看出，緩沖式硅錠中的缺陷要明顯少于未使用緩沖式籽晶技術(shù)的常規(guī)工藝硅錠，對于100片位置處的硅片，兩種硅錠中的晶體缺陷密度都較低，但是，緩沖式硅錠所得硅片中亞晶界缺陷更少，如圖3中矩形框內(nèi)所示。進(jìn)一步證明了緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)可以更有效的抑制缺陷的形成。綜上所述，本專利技術(shù)中的緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)截斷了硅熔液從頂部熔化后直接沿硅料縫隙侵蝕籽晶層的通道，避免了籽晶層出現(xiàn)局部過熔現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明，采用緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)可以延長硅錠的直線缺陷區(qū)的長度，降低硅錠底部紅區(qū)的高度，提高硅錠質(zhì)量。上述實(shí)施例僅例示性說明本專利技術(shù)的原理及其功效，而非用于限制本專利技術(shù)。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本專利技術(shù)的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
中具有通常知識者在未脫離本專利技術(shù)所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本專利技術(shù)的權(quán)利要求所涵蓋。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟a、在坩堝(6)底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層(1)；步驟b、在籽晶層(1)上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層(2)；步驟c、在緩沖層(2)上交錯疊加放置多層多晶硅晶磚，作為阻擋層(3)，所述阻擋層(3)的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的交錯疊加放置的多層多晶硅晶磚中的縫隙填滿；步驟e、在阻擋層(3)上逐層碼放如下硅料(4)：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100?120mm。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種緩沖式多層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟a、在坩堝(6)底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層(1)；步驟b、在籽晶層(1)上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層(2)；步驟c、在緩沖層(2)上交錯疊加放置多層多晶硅晶磚，作為阻擋層(3)，所述阻擋層(3)的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的交錯疊加放置的多層多晶硅晶磚中的縫隙填滿；步驟e、在阻擋層(3)上逐層碼放如下硅料(4)：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧潔，尤敏，王強(qiáng)，朱海峰，鄧洪海，章國安，
申請(專利權(quán))人：南通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32