铸锭用石英坩埚的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种铸锭用石英坩埚，包括坩埚底部和坩埚侧壁，所述坩埚底部的中部设有向下凹的容置空间，所述底部围绕所述容置空间的剩余区域形成承载区。上述铸锭用石英坩埚，单晶籽晶可放置在容置空间内，硅料熔化时，单晶籽晶可与硅液形成一定的温度梯度，可保证籽晶不被完全熔化，提高对籽晶熔化的控制能力。
【专利说明】铸锭用石英坩埚
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏硅片制造中的多晶硅铸锭【技术领域】，特别是涉及一种铸锭用石英坩埚。
【背景技术】
[0002]目前，利用定向凝固法生产铸造单晶硅的方法受到了越来越多的关注。铸造单晶娃具有类似单晶娃的晶体结构，与铸造多晶娃相比，缺陷少，转化效率闻；同时，铸造单晶娃与直拉单晶硅相比，又具有生产成本低，产量高，因此，铸造单晶硅结合了直拉单晶硅和铸造多晶娃的优点，尽量避免了两种娃片的缺点，使制得的电池的转换效率提闻1%以上。铸造单晶硅成为太阳能电池技术发展的一个重要方向。
[0003]目前的铸造单晶硅工艺中一般使用20_30mm厚的硅单晶作为籽晶，采用定向凝固的铸造技术，经过熔化，长晶，退火等工艺，从坩埚底部的籽晶处形核。该工艺引入了硅单晶块作为诱导籽晶，并需要在熔化过程中严格控制籽晶的熔化程度，一方面增加了生产成本，另一方面籽晶熔化的控制也不稳定，严重制约了铸造单晶硅的大规模生产推广。同时受到长晶时固液界面的影响，在靠近坩埚侧壁的地方籽晶易完成熔化，出现较多的多晶形核，有大量的位错积累，这些边缘硅片的转换效率偏低，甚至低于普通多晶硅片，这也是铸造单晶工艺急需解决的难题。
实用新型内容
[0004]基于此，有必要提供一种可提高对籽晶熔化的控制能力的铸锭用石英坩埚。
[0005]一种铸锭用石英坩埚，包括坩埚底部和坩埚侧壁，所述坩埚底部的中部设有向下凹的容置空间，所述底部围绕所述容置空间的剩余区域形成承载区。
[0006]在其中一个实施例中，所述容置空间的深度为I?10mm。
[0007]在其中一个实施例中，在垂直于所述坩埚底部的方向上，所述容置空间的截面呈矩形或锥形。
[0008]在其中一个实施例中，在平行于所述坩埚底部的方向上，所述容置空间的截面呈矩形。
[0009]在其中一个实施例中，所述承载区上附着有形核源层。
[0010]在其中一个实施例中，所述形核源层选自硅粉涂层、碳化硅涂层及氧化硅粉涂层中的一种或几种。
[0011]在其中一个实施例中，所述容置空间的面积占坩埚底部面积的60%以上。
[0012]上述铸锭用石英坩埚，单晶籽晶可放置在容置空间内，硅料熔化时，单晶籽晶可与硅液形成一定的温度梯度，可保证籽晶不被完全熔化，提高对籽晶熔化的控制能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为实施例一的铸锭用石英坩埚的剖面结构示意图；[0014]图2为实施例一的铸锭用石英坩埚使用状态的剖面结构图；
[0015]图3为实施例一的铸锭用石英坩埚使用状态的俯视图；
[0016]图4为实施例二的铸锭用石英坩埚的剖面结构示意图；
[0017]图5为实施例二的铸锭用石英坩埚使用状态的剖面结构图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，说明铸锭用石英坩埚的较佳实施方式。
[0019]实施例一、
[0020]请参考图1和图2，一种铸锭用石英坩埚100，可用于定向凝固法生产铸造单晶硅，包括坩埚底部110和坩埚侧壁120。
[0021]请参考图1，坩埚底部110中间位置设有向下凹的容置空间112，坩埚底部110围绕容置空间112的剩余区域形成环形的承载区114。承载区114上还可附着有形核源层130，形核源层130选自硅粉涂层、碳化硅涂层及氧化硅粉涂层等与硅的晶格结构接近的硅系化合物中的一种或几种的涂层。
[0022]容置空间112的深度一般为I?10mm。在平行于坩埚底部110的方向上，容置空间112的截面呈矩形，便于平铺单晶籽晶。在垂直于坩埚底部110的方向上，容置空间112的截面呈矩形，亦可以呈锥形，换言之，容置空间112可以垂直下凹或锥形下凹。容置空间112的面积则占坩埚底部110面积的60%以上。
[0023]请参考图1至图3，上述铸锭用石英坩埚100使用时，首先向坩埚底部110的容置空间112内放置稍闻于空间闻度的单晶杆晶200,厚度为IOmm以上，然后在单晶杆晶200和形核源层130的上方填放原生多晶硅料，然后将石英坩埚放入铸锭炉内，硅料加热熔化。由于坩埚底部的容置空间造成的温度梯度，可保留容置空间内的单晶籽晶200不被熔化，随后进入铸锭长晶阶段，长晶结束，硅液完全凝固得到中间为单晶硅边缘区域为多晶硅的硅锭，退火冷却取出。
[0024]当硅料熔化时，单晶籽晶200在容置空间112内，可与硅液形成一定的温度梯度，保证籽晶不被完全熔化，提高对籽晶熔化的控制能力。容置空间112四周的形核源层130利于熔融状态的硅液迅速形核，此形核方式可抑制位错增殖，提高硅片的转换效率。此外，形核源层130还可隔断熔融硅液与铸锭用石英坩埚100本体的直接接触，减少坩埚本体中的杂质对熔融硅液造成污染。同时，在靠近坩埚侧壁的地方由于没有籽晶，不会出现边缘籽晶熔化造成的位错积累问题，保证边缘硅片的转换效率。
[0025]实施例二、
[0026]请参考图4和图5，一种铸锭用石英坩埚400，可用于定向凝固法生产铸造单晶硅，包括坩埚底部410和坩埚侧壁420。
[0027]请参考图4，坩埚底部410中间位置设有向下凹的容置空间412，坩埚底部410围绕容置空间412的剩余区域形成环形的承载区414。
[0028]容置空间412的深度一般为I?10mm。在平行于坩埚底部410的方向上，容置空间412的截面呈矩形，便于平铺单晶籽晶。在垂直于坩埚底部410的方向上，容置空间412的截面呈矩形，亦可以呈锥形，换言之，容置空间412可以垂直下凹或锥形下凹。容置空间412的面积则占坩埚底部410面积的60%以上。[0029]请参考图4和图5，上述铸锭用石英坩埚400使用时，首先向坩埚底部110的容置空间412内放置稍闻于空间闻度的单晶杆晶500,厚度为IOmm以上，然后在单晶杆晶500和承载区414的上方填放原生多晶硅料，然后将石英坩埚放入铸锭炉内，将硅料加热熔化。由于坩埚底部的容置空间造成的温度梯度，可保留容置空间内的单晶籽晶500不被熔化，然后进入铸锭长晶阶段，长晶结束，硅液完全生长为固体多晶硅后，退火冷却取出。
[0030]当硅料熔化时，单晶籽晶500在容置空间412内，可与硅液形成一定的温度梯度，保证籽晶不被完全熔化，提高对籽晶熔化的控制能力。同时，硅液在籽晶存在的晶粒基础上生长，生成与籽晶晶格相同的单晶硅，在靠近坩埚侧壁的地方没有籽晶存在，硅液形核生长，得到多晶硅。硅液完全生长凝固后得到中间为单晶硅边缘为多晶硅的硅锭。
[0031]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种铸锭用石英坩埚，包括坩埚底部和坩埚侧壁，其特征在于，所述坩埚底部的中部设有向下凹的容置空间，所述底部围绕所述容置空间的剩余区域形成承载区。
2.根据权利要求1所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，所述容置空间的深度为I?IOmm0
3.根据权利要求1所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，在垂直于所述坩埚底部的方向上，所述容置空间的截面呈矩形或锥形。
4.根据权利要求1所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，在平行于所述坩埚底部的方向上，所述容置空间的截面呈矩形。
5.根据权利要求1所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，所述承载区上附着有形核源层。
6.根据权利要求5所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，所述形核源层选自硅粉涂层、碳化硅涂层及氧化硅粉涂层中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的铸锭用石英坩埚，其特征在于，所述容置空间的面积占坩埚底部面积的60%以上。
【文档编号】C30B28/06GK203474952SQ201320558782
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】胡亚兰, 游达, 陈伟 申请人:江苏协鑫硅材料科技发展有限公司