专利名称：用于制造硅块的装置和方法
技术领域：
本申请要求2011年9月13日提交的系列号为102011082628. 9的德国专利申请的优先权，该申请的内容通过弓I用整体并入本文,便如在文中完整陈述一样。本发明涉及一种用于制造硅块的装置。此外，本发明涉及一种用于制造硅块的方法和娃块。
背景技术：
大体积半导体体部、尤其是硅块的制造对于硅太阳能电池的制造而言至关重要。通常使用硅熔体在其中固化的熔化坩埚来制造硅块。例如，从DE 102005013410A1获知一种用于制造硅块的装置和方法。
发明内容
持续存在对进一步开发用于制造硅块的装置和方法的需求。通过一种用于制造用于光伏应用的硅块的装置来实现该目的，所述装置包括带有基壁和至少一个侧壁的用于接收硅熔体的容器，并且包括用于减少杂质从容器的壁中的至少一个扩散到硅熔体和硅块中的装置，其中用于减少杂质扩散的装置包括至少一个覆盖元件，以至少部分地覆盖容器的壁中的至少一个。还通过一种用于制造硅块的方法来实现该目的，所述方法包括以下步骤提供包括基壁和至少一个侧壁的用于接收硅熔体的容器、提供并布置用于使容器中的硅熔体与容器的基壁分离的装置、在容器中提供硅熔体、以及使硅熔体固化。本发明的核心是将扩散阻挡层布置在用于接收硅熔体的坩埚中。该扩散阻挡层用于减少杂质从坩埚扩散到熔体和晶体中。由此增加可实现的产量。作为插板或插箔配置并插入坩埚中的插入或覆盖元件优选被设置为扩散阻挡层。这允许扩散阻挡层在坩埚中的特别简单的布置。将刚性插板和柔性插箔统称为覆盖元件。插板可具有一件式构型。插板也可包括多个部分板。下面术语“插板”还用来表示多部件(mult1-part)构型。插箔同样如此。覆盖元件、尤其是插板与容器的尺寸匹配。覆盖元件优选以这样的方式配置，即坩埚的基壁和/或至少一个侧壁、尤其是全部侧壁能够由覆盖元件尽可能完整地覆盖。坩埚的基壁和/或(多个)相应的侧壁能够由插板覆盖至少50%，尤其至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%、尤其至少99. 9%，优选完全由插板覆盖。借助于插板对坩埚的壁的覆盖越完整，就越有效地防止了杂质从坩埚扩散到熔体和/或晶体中。插板引起硅熔体或硅晶体与坩埚的基壁和/或侧壁的空间分离。覆盖元件优选由具有比硅的熔点高的熔点的材料制成。结果，由此防止了扩散阻挡层在硅熔体中的熔化。覆盖元件优选由相对于硅具有较小的杂质(诸如过渡金属)扩散常数的材料制成。 覆盖元件的材料在从20° C至1500° C的范围内、尤其在从800° C至1412° C的范围内的温度下相对于硅的扩散常数(diffusion content)小于从上述杂质的群组中选择的元素之一、尤其是铁相对于硅的扩散常数。所述扩散常数尤其是过渡金属钛、钒、铬、锰、铁、钴或镍之一在相应温度下相对于硅的扩散常数的最多0. 5倍、尤其最多0. 3倍、尤其最多0. 2倍。这确保了不会发生金属杂质从扩散阻挡层明显扩散到硅熔体或硅晶体中。扩散阻挡层的金属成分扩散到硅熔体或硅晶体中尤其局限于厚度为最多I Pm、尤其最多500nm、尤其最多300nm的边界层。扩散阻挡层相对于上述过渡金属的扩散常数优选小于SiO2熔化坩埚的相应扩散常数，尤其是扩散阻挡层的扩散常数小于10_nm2/S。除作为扩散阻挡层的功能外，覆盖元件能够优选同时形成用于硅熔体的结晶的核模板(nucleus template)。覆盖元件优选由这样一种材料制成，该材料对于过渡金属、尤其是对于铁的扩散常数低于其在硅中的扩散常数。覆盖元件的材料相对于过渡金属、尤其相对于铁的扩散常数尤其足够低以确保当硅熔体固化时这种物质不会经扩散阻挡层扩散。结果，确保了覆盖·元件的阻挡作用。覆盖元件例如可由尤其从钥(Mo)、钨(W)和钛(Ti)的群组选择的耐火金属或者这些物质中的一种或多种配置的化合物制成。覆盖元件可由石英、二氧化硅、碳化硅或氮化硅制成。一般而言，覆盖元件具有从耐火金属、其化合物、石英、二氧化硅、碳化硅和氮化硅以及来自四元系S1-C-O-N的其它化合物的群组中选择的至少一部分。此外，覆盖元件可具有氧化铝、多晶Al2O3或单晶刚玉的成分。覆盖元件也可完全由这些材料中的一种或多种组成。原则上，也可以由扁平承载元件配置插板，所述扁平承载元件在至少一侧、尤其在两侧、尤其完全具有一层至少一种上述材料。例如，也可使用晶片、尤其是碳化硅晶片或二氧化硅晶片作为插板。在一个有利实施例中，插板由非晶态二氧化硅制成。插板尤其可由熔化的二氧化硅制成。插板例如可从熔化并重新固化的二氧化硅块切出。扩散阻挡层优选具有至少90% (体积)的密度。由此也确保了其作为扩散阻挡层的功能。尤其有效防止了杂质经扩散阻挡层的孔隙扩散到硅熔体中。在又一个有利的实施例中，插板由氧化铝制成。氧化铝具有至少98%、优选至少99%、优选最多99. 99%的纯度。插板优选具有至少90% (体积)、尤其95% (体积)的密度。插板尤其是封闭和无孔的。这尤其用来表示插板具有闭孔构型。在由氧化铝制成的插板的情形中，这种氧化铝可以是单晶的。插板尤其可由刚玉(sapphire)制成。插板优选具有在从0. OOlmm至IOmm的范围内、尤其在从0. 05mm至5mm的范围内、
尤其在从0.4mm至Imm的范围内的厚度。在该厚度下有效地防止了杂质从坩埚壁扩散到熔体中。在有利的构型中，可以将插板设置有来自四元系S1-C-O-N的至少一种物质的涂层。此外，该涂层可由B-N变体组成或者具有这种变体，即硼和/或氮的成分和/或其化合物。该涂层也可具有S1-C-O-N与B-N的化合物。Si3N4或BN尤其可以作为涂层。涂层可以是粉状的。涂层可具有临时有机添加剂。因此，尤其能够防止插板在坩埚和/或铸锭上烧结。为了制造该装置，将插板或插箔布置在坩埚中。·
插板或插箔尤其可采用这样的方式安放在坩埚中，即插板或插箔至少部分地、尤其尽可能完全、尤其至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%、优选完全覆盖基壁。插板也可采用这样的方式布置在坩埚中，即插板至少部分地、尤其尽可能完全、尤其至少50%、尤其至少70%覆盖侧壁中的一个或可选地多个。插板在此尤其能够相对于侧壁平行或同心地定向。插板尤其能够以这样的方式配置，即插板完全覆盖侧壁邻接基壁的区域。可以将插板在布置在容器中之前设置有涂层。来自四元系S1-C-O-N的物质或物质混合物尤其可作为涂层提供。可通过这种涂层防止插板在坩埚上烧结。由此尤其能够实现插板和/或坩埚能够重复使用。然而，在将插板布置在容器中后给插板设置涂层也可以是有利的。上述物质又作为涂层提供。尤其能够通过回溯性涂层(retrospective coating)实现容器中的娃熔体完全不与容器的一个或多个壁、尤其所有壁接触。尤其能够实现硅熔体不润湿容器和/或插板。结果，尤其防止了熔体或铸锭例如被氧或铝污染。此外，可通过后续的涂层简化该制造工艺。关于根据本发明用于制造硅块的方法的优点，请参见根据本发明的装置的优点。本发明的更多目的在于改进尤其用于光伏应用中的硅块。通过包括插入元件的用于使容器中的硅熔体与容器的基壁分离的装置来实现该目的，借助于所述插入元件将基壁覆盖至少50%，其中插入元件防止杂质从容器的基壁扩散到硅中。本发明的核心在于减小硅块中通常不能用于光伏应用的基部和/或周边区域的跨度(extent)。通过将边缘区域的跨度减小到最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多20mm、尤其最多10mm、尤其最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的值,显著提高了结晶过程的产量。尤其在此能够通过位于坩埚基部处的扩散阻挡层将基部区域在硅块纵向上的跨度减小到给定的值。通过将扩散阻挡层布置在坩埚侧壁的区域内，尤其能够将周边区域在横向上的跨度减小到给定值。这些用于减小边缘区域的最大跨度的措施优选能够互相结合。可以证明根据本发明制造的块具有在核心区域上侧向地平均的电荷载体寿命，在核心区域的各高度处，所述寿命为至少2 y S，尤其至少3 y S，尤其至少5 y S。因此，根据本发明制造的硅块具有显著扩大的部分，该部分能够进行进一步加工以用于光伏应用。本发明的更多优点和细节从借助附图对实施例的描述显现。
图1示意性地示出了用于制造硅块的总体装置，图2示出了贯通根据第一实施例的带有扩散阻挡层的用于接收硅熔体的容器的示意性截面图，图3示出了贯通根据又一实施例的带有扩散阻挡层的用于接收硅熔体的容器的示意性截面图，图4示出了贯通根据又一实施例的带有扩散阻挡层的用于接收硅熔体的容器的示意性截面图，图5示出了贯通根据又一实施例的带有扩散阻挡层的用于接收硅熔体的容器的示意性截面图，图6a示出了从根据本发明制造的硅块切出的柱的寿命图示，图6b示出了在柱高度上与根据图6a的图示对应的侧向地平均的寿命，图7和8示出了不通过或通过在坩埚中布置扩散阻挡层制造的多晶硅块的竖直剖面上的电荷载体寿命的示例性比较，以及图9和10示出了使用坩埚中相应的核模板制造的单晶硅块的根据图7和8的视图。
具体实施例方式下文将参照图1和2描述根据第一实施例的用于制造硅块30的装置I。装置I包 括用于接收硅熔体3的容器2和作为插板4配置的覆盖元件。使用模具、尤其是可重复使用的模具作为容器2，以接收硅熔体3，或者使用坩埚、尤其是熔化坩埚作为容器2，用以熔化硅以制造硅熔体3。容器2具有基壁5和至少一个侧壁6。容器2可具有圆的、尤其是圆形截面。这种情况下，侧壁6呈中空筒形。容器2也可以是立方形的。这种情况下，容器2包括四个侧壁6。在任何情况下，下文在术语“侧壁6”中都包括这种可能性。容器2具有在从IOcm至2m的范围内、尤其在从15cm至IOOcm的范围内的直径。在立方形容器2的情况下，这些细节与基壁5的侧面长度对应。基壁5是平坦的，换言之，基壁5在其整体跨度上具有均匀厚度。基壁5也可被提供结构化结构。基壁5和侧壁6界定在一侧开口并用于接收硅熔体的内部空间7。基壁5具有在从0.5cm至5cm的范围内、尤其在从Icm至3cm的范围内的厚度。侧壁6具有与基壁5的壁厚刚好一样大的壁厚。侧壁6也可具有比基壁5小的壁厚。容器2优选由石英或陶瓷、尤其是硅与元素氧、氮或碳中的至少一种的化合物制成。容器2尤其可由二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)制成。容器2的材料尤其具有在从75% (体积)至85% (体积)的范围内的密度。装置I还包括包围容器2的支撑模具8。支撑模具也在一侧开口。支撑模具包括由图中未示出的框架承载的基板9。此外，装置I包括加热元件。这里能够区分侧加热元件10、罩盖加热元件11和基部加热元件12。同样可以将装置I配置有单个侧加热元件10。因此，可以设置多个罩盖加热元件11和/或基部加热元件12。侧加热元件10侧向地包围容器2。罩盖加热元件11布置在容器2上方。基部加热元件12布置在容器2下方。另外或者作为对加热元件10、11、12的替代，可以在容器2侧向上、上方和/或下方设置冷却元件。加热元件10、11、12和/或冷却元件优选是可控的。加热元件10、11、12和冷却兀件一起形成温度控制机构，以控制容器2中的娃的熔化和/或定向固化。对于温度控制机构的细节，例如请参见DE 102005013410B4。容器2也可由大量隔热元件13包围。容器2尤其可布置在向外密封的结晶室14中。结晶室14具有用于冲洗管16的通孔15。结晶室14能够经由冲洗管16借助于冲洗气体机构17接受冲洗气体。尤其提供氩气作为冲洗气体。或者，也可使用另一种惰性保护气体。结晶室14中的气氛尤其能够借助于冲洗气体机构17以有针对性的方式控制。结晶室14和冲洗气体机构17也是装置I的构件。下文将描述被用作扩散阻挡层的插板4的更多细节。插板4是机械刚性的。这有利于其插入容器2中。插板4优选以这样的方式配置，即插板4能够以精确的配合插入容器2中。插板4尤其以这样的方式配置，即在插板4的帮助下，能够尽可能完整地覆盖容器2的基壁5。能够借助于插板4将容器2的基壁5覆盖至少90%、尤其至少95%、尤其至少99%，优选完全覆盖。插板4可与基壁5直接接触。插板4也可与侧壁6直接接触。插板4可引起硅熔体3和硅晶体与容器2的基壁5和/或侧壁6的空间分离。插板4可以是一部分或多部分的。例如，使用高纯度、经涂覆的所谓石英玻璃板作为插板4。插板4尤其由非晶态材料制成。根据第一实施例，插板4具有至少一部分二氧化硅(Si02)。插板4尤其具有至少一层二氧化硅(Si02)。插板4优选可完全由二氧化硅(SiO2)制成。插板4尤其可由熔化的^巨晶态二氧化硅(SiO2)制成，例如从一块熔化并重新固化的二氧化硅(SiO2)切出。这引起 插板4的特别高的密度和纯度。插板4尤其可以是闭孔式。原则上，其它物质、尤其是硅化合物、尤其是硅与元素氧、碳和氮中的一者或多者的化合物、以及氧化铝可以作为插板4的材料。此外，覆盖元件可由氧化铝、多晶Al2O3或单晶刚玉组成。一般而言，插板4的材料具有容器2中的杂质、尤其是金属的扩散系数，该扩散系数小于这些物质的纯硅扩散系数。结果，确保了插板4作为扩散阻挡层的效果。覆盖板4有利地是耐热的，至少耐受硅的熔化温度，尤其至少1450° C。插板4具有小于1%、尤其小于0. 1%、尤其小于0. 01%的杂质。插板4可具有包含至少一种来自四元系S1-C-O-N的物质的涂层。可能的涂层尤其是碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)和二氧化硅(Si02)。此外，涂层可以由B-N变体组成或者具有这种变体。涂层也可具有S1-C-O-N与B-N的混合物或者由这种混合物组成。插板4具有在从I ii m至10mm、尤其在从50 ii m至5mm的范围内、尤其在从0. 4mm至3mm的范围内、尤其在至Imm的范围内的厚度。插板4越薄，来自硅熔体3的热流受它的影响就越小。插板4越厚，插板4就越可靠地防止杂质从容器2的壁5、6扩散到硅熔体3中。已证实所述给定范围是满足这两个互相冲突的要求的最佳折中。为了有效地防止杂质从容器2、尤其是其基壁5扩散，插板4具有低孔隙率。插板4尤其具有闭孔构型。插板4优选具有至少90%(体积)、尤其至少95%的密度。这种高密度值不能通过涂层实现——所述涂层通常从分散体涂布到坩埚的内侧，且其具有高孔隙率。插板4的材料优选具有一定的热膨胀系数，该热膨胀系数与容器2的基壁5的材料的热膨胀系数相差最多10%，尤其最多5%，尤其最多1%。为了制造用于制造硅块30的装置I，首先提供插板4。为此，尤其可使二氧化硅熔化并固化以形成合适大小的块状物。然后可从该块状物切出插板4。然后提供容器2并将插板4布置在其中。在本发明的不同实施例中，可以将插板4在布置在容器2中前或者在布置在容器2中后设置有涂层。对于涂层的细节，请参见上文的描述。该涂层可具有不同功能。一方面，涂层可有利于从容器2取出硅块。涂层也可影响容器2中的硅熔体3的结晶。详情请参见DE 102005028435AUDE 102005029039A1 和 DE 102005032789A1。此外，可使用刚玉作为用于单晶硅或粗晶硅的核。当在将插板4布置在容器2中后涂布涂层时，涂层也能够用于密封插板4与容器2的侧壁6之间的剩余中间空间和/或通过插板4的多部分构型在其单个的构件之间密封。涂层尤其具有在0. 05mm至0. 5mm的范围内的厚度。为了制造尤其用于光伏应用的硅块30，首先为装置1、尤其是容器2提供插板4并将插板4布置在容器2中。然后在容器2中提供硅熔体3。这可以通过将已经熔化的硅浇入容器2中或者通过在容器2中熔化硅来完成。容器2中的硅熔体3通过插板4与容器2 的基壁5分离。然后通过适当控制加热/冷却元件10、11、12来使容器2中的硅熔体3固化。对于这方面的细节，请参见DE 102005013410A1。下文将参照图3描述本发明的又一实施例。同样的零件具有与根据图2的实施例中相同的参考标号，在此参考其描述。在本实施例中，提供大数量的插板4。这些插板4以这样的方式配置，即它们基本无间隙地覆盖基部5。它们尤其可形成基壁5的倾斜。此外，在本实施例中也可以使用插板4来覆盖侧壁6邻接基壁5的区域。用于覆盖侧壁6的插板4优选平行于侧壁6定向。分离的接合部18能够保持在布置在容器2的基壁5上的插板4与布置在容器2的侧壁6上的插板4之间。分离的接合部18具有最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的自由宽度。为了封闭分离的接合部18，可以尤其在分离的接合部18的区域内提供涂层19。对于涂层19的细节，请参见上文对插板4和/或容器2的涂层的描述。涂层19形成对抗硅熔体3在插板4后面流动的防护。在本实施例中，也可以至少在多个区域内为侧壁6设置涂层19。侧壁6尤其在未被插板覆盖的区域内——换言之在插板4上方的区域内——设置有涂层19。涂层19尤其至少达到大于容器2中的硅熔体3的预期最大充填高度h_的高度。下文将参照附图描述本发明的又一实施例。同样的零件具有与上述实施例中相同的参考标号，在此参考其描述。在图4所示的实施例中，可以将涂层20布置在容器2的壁5、6与插板4之间。涂层20由难以烧结的材料例如氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(S1-O-N)制成。涂层20从包含粒子的分散体、尤其是粉末涂布到容器2的壁5、6，所述粒子的直径在从0.1 ii m至10 ii m的范围内。在本实施例中可以将插板4以这样的方式配置在侧壁6的区域内，即垂直于基壁5从基壁5行进，插板4具有大于容器2中的硅熔体3的预期最大充填高度h_的总跨度。下文将参照图5描述本发明的又一实施例。同样的零件具有与上述实施例中相同的参考标号，在此参考其描述。容器2在本实施例中也在侧壁6的区域内和基壁5的区域内设置有涂层20。插板4又被设置为扩散阻挡层。在本实施例中也可以将大量晶核21布置在插板4上。晶核21尤其布置成平行于容器2的基壁5。它们尤其可以呈三角形、矩形，尤其是正方形或六边形。它们尤其以这样的方式配置，即容器2的基壁5以可平铺的方式一即基本上无间隙——由它们覆盖。晶核21通过插板4与基壁5分离。可以在晶核21与容器2的侧壁6之间留下间隙22。间隙22可在垂直于侧壁6的方向上具有在IOOiim至30mm的范围内的跨度。原则上，也可提供单个晶核21。除可能的间隙22外，该晶核21可优选大致具有使得基壁5能够由其完全覆盖的尺寸。根据图5的装置尤其有利于制造单晶硅块30。这里借助于坩埚中的适当温度控制来确保扩散阻挡层区域内的温度低于扩散阻挡层的材料与硅之间形成共晶体的温度。液态硅熔体3优选不会与扩散阻挡层直接接触。硅熔体3尤其通过晶核21与扩散阻挡层分离。 在又一个实施例中，插板4自身也可被用作晶核21。例如由刚玉制成的插板4能够被直接用作用于单晶硅或粗晶硅的晶核21。图6a示意性地示出了已从未按照本发明制造的硅块切出的柱23的寿命图示。同样可清楚辨别的是位于柱23的第一端25的基部区域24 (也简称为基部)、与第一端25相对的第二端27上称为帽26的上部区域以及中间区域28。基部区域24在纵向29上具有超过60毫米的跨度。区域24和26由其中平均的电荷载体寿命限定。硅块30尤其沿纵向29从第一端
25延伸且其中侧向地-即垂直于纵向29-平均的电荷载体寿命小于最大S、尤其
最大2 y s的预定极限值的区域称为基部区域24。因此，帽26中一即在纵向29上与硅块30的第二端27邻接的区域内一的平均电荷载体寿命小于该极限值。图6b中示出了图6a所示的柱23的电荷载体的侧向地平均的寿命的路线。虽然基部24和帽26的区域内的平均寿命大致小于S，但中间区域28内的自由电荷载体的侧向地平均的寿命高达8 S。所述平均寿命大致在整个中间区域28上一即中间区域28的每一个期望高度一尤其为至少2 u S，尤其至少3 u S，尤其至少4 u S，尤其至少5 y S，优选至少6 ii S。由于基部区域24和帽26被归类为用处不大并因此由于用于在光伏应用中进一步加工的电荷载体的低寿命而被丢弃，所以通过常规方法制造的硅块的产量为最多约62%。图7和8中通过贯通多晶娃块30的竖直剖面借助于不例不出了电荷载体寿命的比较。这里，图7所示的硅块30在没有根据本发明的扩散阻挡层的情况下制造。在硅熔体3导入容器2中前安放在容器2的基壁5上的碳化硅(SiC)晶片被用作图8所示的硅块30中的插板4。图8中为了说明而不出了 SiC晶片。与图6a中一样，基部区域24、帽26和中间区域28又能够在图7所示的硅块30中清楚地分辨。此外，中央区域31和包围中央区域31的周边区域32能够在横向上一即在垂直于纵向29的方向上一进行区分。综合起来，中间区域28与中央区域31之间的剖面区域能够合并而形成核心区域33且硅块30的其余部分能够合并而形成周边区域34。与纵向29上的区域24和26相似，周边区域32由平均电荷载体寿命限定。周边区域32内的平均电荷载体寿命小于最大3 y S、尤其最大2 y s的预定极限值。如从图8能清楚地看到，插板4布置在容器2的基壁5上引起基部区域24在纵向29上的跨度的显著减小。
核心区域33也由其电荷载体寿命限定。在根据本发明制造的硅块30中，S卩，当插板4布置在容器2的基壁5上时，核心区域33内在各高度处的侧向地平均的电荷载体寿命超过至少2 V- S、尤其至少3 V- S、尤其至少4 V- S、尤其至少5 ii s的预定最小值。如从图8能清楚地看到，插板4布置在容器2的基壁5上引起基部区域24在纵向29上的跨度的明显减小并因此引起核心区域33的增大。在所示的实施例中，纵向29上的基部区域24具有小于Icm的跨度h。一般而言，根据本发明制造的硅块30的基部区域24从第一端25前进在纵向29上具有最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多IOmm的跨度。因此，插板4布置在侧壁6的区域内引起周边区域32在垂直于纵向29的方向上的跨度的减小。周边区域32在横向上——即在垂直于纵向29的方向上——具有最多50mm、尤其最多30mm、最多IOmm的厚度。尤其能够通过扩散阻挡层实现边缘区域34具有最多50mm、尤其最多30mm、尤其最多10mm、尤其最多5mm、尤其最多3mm、尤其最多Imm的最大厚 度。因此，通过根据本发明的方法，能够显著提高产量。通过根据本发明的方法，尤其能够实现至少70%、尤其至少75%、尤其至少80%的产量。图9和10借助于示例与图7和8中一样使用贯通已借助于晶核21的模板实现的单晶硅块30的竖直剖面相应示出电荷载体寿命。图9示出了硅块30，这里，硅块30在未在坩埚中布置扩散阻挡层的情况下制造。在图10所示的示例中，基壁5上的SiC晶片被用作插板4，该插板4如后面所示滑动到图10中的容器2的左手侧壁6的区域内。从这些图又能看出插板4对硅块30中的电荷载体寿命的明显影响。显然，单个的实施例的细节、尤其是插板4的一部分或多部分构型、插板4在侧壁6的区域内的布置和涂层19、20的设置能够按需互相组合。原则上，也可设想为了制造插板4而使用被用作用于容器2中的杂质的扩散阻挡层的材料来涂覆载体。对于这种材料的细节，请参见对插板4的描述。虽然根据图2至4的实施例中的插板4是机械刚性的，但可有利地将扩散阻挡层制造成柔性的，即制造为插箔。将刚性插板4和柔性扩散阻挡层统称为覆盖元件。覆盖元件尤其包括插板4或插箔。覆盖元件一般引起硅熔体3与容器2的基壁5的分离。覆盖元件防止杂质从容器2扩散到硅熔体3和/或待制造的硅块30中。这种用于防止杂质扩散的分离能够实现的原因还在于插板4布置成通过垫片35与容器2的基壁5分离并布置在其上。根据又一个实施例，换言之，覆盖元件由插板4a形成，所述插板通过垫片35与容器2的基壁5分离。这里使用尤其由单晶硅制成的核模板或多个核模板例如一个或多个晶种作为插板4a。核模板尤其布置成邻靠，换言之在横向于基壁5的方向上互相接触。它们也可以形成基壁5的密集覆盖。插板4a也可以根据上述实施例配置，或者除核模板外尤其包括相应配置的插板4。在上述实施例中，容器2优选设置有涂层20。代替硅熔体3，由另一种材料制成的熔体显然也能够借助于根据本发明的装置I来固化。该熔体尤其可以是尤其包含一部分硅或锗的非铁金属熔体。
权利要求
1.一种用于制造用于光伏应用的硅块(30)的装置(1)，包括a.用于接收硅熔体(3)的容器(2)，所述容器(2)带有.1.基壁(5);和i1.至少一个侧壁(6),b.用于减少杂质从所述容器(2)的所述壁(5，6)中的至少一个扩散到所述硅熔体(3) 和所述硅块(30)中的装置，c.其中，所述用于减少杂质扩散的装置包括至少一个覆盖元件(4；4a),以至少部分地覆盖所述容器(I)的所述壁(5，6)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个覆盖元件作为用于插入所述容器(2)中的插入元件配置，所述插入元件包括插板(4 ;4a)。
3.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个覆盖元件作为插板(4； 4a)和插箔的群组中的一者配置。
4.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4；4a)以这样的方式配置，即至少所述容器(2)的所述基壁(5)能够被所述覆盖元件(4 ；4a)覆盖至少90%。
5.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4)以这样的方式配置， 即至少所述容器(2)的所述侧壁(5)能够被所述覆盖元件(4)覆盖至少90%。
6.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4；4a)至少部分地由具有高于硅的熔点的熔点的材料制成。
7.根据权利要求1所述的装置(I)，其特征在于，所述覆盖元件(4 ；4a)至少部分地由相对于硅具有扩散常数的材料制成，在20° C至1500° C的范围内的温度下，所述扩散常数是过渡金属钛、钒、铬、锰、铁、钴和镍中的一者在相应温度下相对于硅的扩散常数的至少.O.5 倍。
8.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4；4a)至少部分地由相对于硅具有扩散常数的材料制成，在20° C至1500° C的范围内的温度下，所述扩散常数是过渡金属钛、钒、铬、锰、铁、钴和镍中的一者在相应温度下相对于硅的扩散常数的最多.O.3 倍。
9.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4；4a)至少部分地由相对于硅具有扩散常数的材料制成，在20° C至1500° C的范围内的温度下，所述扩散常数是过渡金属钛、钒、铬、锰、铁、钴和镍中的一者在相应温度下相对于硅的扩散常数的最多.O.2 倍。
10.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件同时是用于所述硅熔体的结晶的核模板。
11.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)具有从耐火金属、其化合物以及二氧化硅(Si02)、碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)及其化合物、以及氧化铝 (Al2O3)的群组中选择的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4)具有按体积计至少 90%的密度。
13.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)由非晶态二氧化娃(SiO2)制成。
14.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)具有在从O.OOlmm至IOmm的范围内的厚度。
15.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)具有在从O.05mm至5mm的范围内的厚度。
16.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)具有在从O.4mm至Imm的范围内的厚度。
17.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述覆盖元件(4;4a)具有包含来自所述四元系S1-C-O-N和所述双元系B-N中的至少一者的至少一种物质的涂层。
18.根据权利要求1所述的装置(I)，其特征在于，所述覆盖元件(4；4a)具有氮化硅 (Si3N4)和氮化硼(BN)的群组中的一者的涂层。
19.根据权利要求17所述的装置(I)，其特征在于，使用一个核模板和多个核模板的群组中的一者作为所述覆盖元件(4a)。
20.根据权利要求17所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个核模板由单晶硅制成。
21.一种用于制造硅块(30)的方法，包括以下步骤-提供用于接收硅熔体(3)的容器(2)，所述容器(2)包括—基壁(5);和—至少一个侧壁(6),-提供并布置用于使所述容器(2 )中的所述硅熔体(3 )与所述容器(2 )的所述基壁(5 ) 分离的装置，-在所述容器(2)中提供硅熔体(3)，-使所述硅熔体(3)固化。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述用于使所述容器(2)中的所述硅熔体(3)与所述容器(2)的所述基壁(5)分离的装置包括插入元件(4 ;4a)，借助于所述插入元件(4 ;4a)将所述基壁(5)覆盖至少50%，其中所述插入元件(4 ;4a)防止杂质从所述容器的所述基壁(5)扩散到硅中。
23.一种通过使用用于制造用于光伏应用的硅块(30 )的装置(I)来使硅熔体(3 )固化而制造的硅块(30)，所述装置包括a.用于接收硅熔体(3)的容器(2)，所述容器(2)带有1.基壁(5);和i1.至少一个侧壁(6),b.用于减少杂质从所述容器(2)的所述壁(5，6)中的至少一个扩散到所述硅熔体(3) 和所述硅块(30)中的装置，c.其中，所述用于减少杂质扩散的装置包括至少一个覆盖元件(4；4a),以至少部分地覆盖所述容器(I)的所述壁(5，6)中的至少一个，其中，使用一个核模板和多个核模板的群组中的一者作为所述覆盖元件(4a)，-其中所述硅块(30)具有沿纵向(29)延伸的核心区域(33)和邻接所述核心区域(33) 的边缘区域(34)，所述边缘区域(34)具有与所述核心区域相比缩短的电荷载体寿命，-其中，所述核心区域(33)上的平均电荷载体寿命是至少2 μ S，并且-其中，所 述边缘区域(34)的在所述纵向(29)上邻接所述插板(4)的区域在所述纵向 (29)上具有比所述边缘区域(34)的未邻接区域小的跨度。
全文摘要
一种用于制造用于光伏应用的硅块(30)的装置(1)，包括带有基壁(5)和至少一个侧壁(6)的用于接收硅熔体(3)的容器(3)、用于减少杂质从容器(2)的壁(5，6)中的至少一个扩散到硅熔体(3)中的装置，其中用于减少杂质扩散的装置包括用于至少部分覆盖容器(2)的壁(5，6)中的至少一个的至少一个覆盖元件(4)。
文档编号C30B28/06GK102995128SQ201210340060
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者B·弗雷登伯格, S·格吕茨纳, M·迪特里希, K·达德兹斯, A·克劳泽, B·格吕迪格-温德洛克, D·诺尔特, M·特莱姆帕, C·赖曼, J·弗里德里希 申请人:太阳世界创新有限公司, 弗朗霍夫应用科学研究促进协会