TW201009132A - Melt purification and delivery system - Google Patents

Description

201009132^ 六、發明說明： 【相關申請案】 ^ 4案主張優先權為2008年6月20曰在美國所申 r Silicon Melt Puriflcati0I1 and Delivery System j 的美國暫時專射請號61/074,249，其揭露内容在此併入 本文參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於從熔體形成板（sheet)，且特別是有 關於從熔體形成板中使用純化系統。 【先前技術】 舉例而言，積體電路或太陽能電池產業中 ，。隨著對再生性能源之需求增加，二= 二求=持續增加。隨著這些需求增加，太陽能電池產業之 目^為降低成本/功率比。存在兩種類型之太陽能電池： 秒與薄膜。大錄太陽㈣池岭晶圓（諸如單晶體石夕晶 圓）製成。目前，結轉太陽能電池之主要成本為太陽能 電池製造於其上之晶圓。太陽能電池之效率或在標準照明 下所產生之功率量部分地受d品質關。製造晶圓 之成本在不降低品質之情況下的任何減少均將降低成本/ 功率比，且允許此乾淨能源技術之較寬可用性。 最高效率矽太陽能電池可具有大於2〇%之效率。這些 矽太陽能電池是使用電子級單晶矽晶圓而製 使用一ki方法生長之單晶娜开 鋸切薄片層來製成此類晶圓。片層之厚度可小於2〇〇μιη。 i. doc 201009132 為維持單晶體生長，所述晶塊必須從含有溶體之掛禍 緩慢地生長，諸如小於]Q_s。隨後之鑛切製 =母曰曰圓導致大約200 μπι之鑛口損失（μ則，或 :因(sawblade)之寬度的損失。亦可能需要使圓 塊或晶®成正謂，以製作正方形太·電池。使 2。=之口損失兩者均導致材料浪費且材料成本增 二者太陽能電池_’每次切割浪費之㈣百分比增 以:電分割技術之限制可能阻礙獲得較 池 晶矽鑄錠鋸切之晶圓來製作其他太陽能電 而，^生長速度可快於單晶奴生長速度。然 寸曰日圓之品質較低，因為存在 . :；Tr：) ^ 切製單晶_錢或晶塊之錯 圓從費τ另一解決方案為在離子植入之後使晶 性氣體而言，將氯、氨或其他情 行熱、物理或化學處 裂。雖秋Μ由後曰曰SU此經植入區從鑄錠分 生晶圓，但^ 入之/刀裂可在無鑛口損失之情況下產 又-解月可使用此方法來經濟地產生石夕晶圓。 所拉動之體垂直拉動薄石夕帶，且接著允許 為小於大tr為板。此方法之拉動速率可被限制 mm/mm °在奴冷卻及翻細所移除之 5 201009132 “.doc 潛熱（latent heat)必須沿垂直帶移除。此導致沿所述帶之 較大溫度梯度。此溫度梯度對結晶矽帶加應力，且可能導 致較差品質之多晶粒矽。所述帶之寬度及厚度亦可能由於 此溫度梯度而受限。舉例而言，寬度可被限於小於8 〇 且厚度可被限於180 μπι。 亦已測試從熔體實體拉動之水平矽帶。在一種方法 中，將附著至-桿之晶種插入炫體中，且在掛禍之邊緣上 以較低角餘騎述桿輯得板。所.度及表面張力被 平衡，以防止㈣從㈣上糾 '然而，難以起始及控制 此拉動製程。必須接取坩堝及熔體以插入晶種，此可能 ，熱量損失。可將額外熱量添加至_以補償此献量b 失。料能導致溶體中之垂直溫度梯度，其可導致^層狀 流體流。而且，必難行可能較_之 以平衡形成於㈣邊緣處之彎月面 點祕力。耕，㈣熱技在板翻1體之分離 點處，除，因此作為潛熱被移除之熱量與作為顯敎 )被移除之熱量之間存在突然變化。此可導 =.離點處沿帶的較大溫度梯度，且可導致晶體中之： 位Ulsi〇catlons)。錯位及撓曲（w 之溫度梯度而發生。 p g」“匕由於&板 尚^行從炫體水平分離之薄板的製造，例如使心

Jr yi 1由分離觀體之水平製造板與從鏵錠ί i形:導二消除鑛口損失或由於使成正 、失由刀離從熔體之水平製造板與使用 201009132 j i / ^ ojJif.doc 氫離子從鑄錠分裂矽或其他拉動矽帶之方法 ί ί 1 ϊ外：細水平分離板與拉動帶相比可:良= 日日體口口貝。绪如此可降低材料成本之晶體生長 t 低石夕太陽能電池之成本的主要啟 降 體中聚™P)。因此，在此領 經改良的裝置及純化'熔雜的方法。*^甲而要-種 【發明内容】 此 在 炫 本發明之第一態樣，提供一種 方法包括於腔室中在第—方向冷凝 ^法 ^一方向糾雜之第-部分的小部分（=丨精… 體之第二部分保持冷凝 1〇η。熔 第二部分。 °從腔室移除 根據本發明之第二態樣，提供— :置。此裝置包括界定空腔之腔室。腔】=炫體之 出口。此震置也包括冷卻器、入口及 換=室在第一方向轉換轉 根據本發明之第三態樣，提供 ：、… 置。此裝置包括經組態以形成形成板之裝 ^祸流趙技。純化系統與幫浦與 浦與純化系統流體交流。被寿机體父流。第二幫 :浦流體交流，且板形成裝置經配= 徑與第二 板。板形成裝置包括容器及冷 ^；：雜體以形成 =納炫體之通道，冷卻平板配置c經組態 【貫施方式】 夏隹烙體上方。 7

201009132 ι / w»opix.d〇C 結合太陽能齋 然而，這4b實施^而描述本文之裝置及方法的實施例。 面板或熟㈣造（例如）積體電路、扁平 將炫體描述切7已知的其他基板。此外，雖然本文 技術者已知的ι他二體可含有鍺、㈣鍺，或熟習此項 之具體實施例1料。因此’本發料限於下文所描述 圖。：成板之裝置之-實施例的剖面側視 器16以及面板'5及„ 16以及面板15及2。。容 鉬、石墨、碳化软十可為（例如）鶴、氣化蝴、氮化銘、 溶體]〇可為石夕。^石^容器16經組態以容納炫體10。 補充。進料哭丄：施例中’溶體10可經由進料器Π 例中，賴Ιο 财或固财與鍺。在另一實施 13將取可被泵抽至（Pumped into)容器16中。 地在炫體上。在—種情況下，板13將至少部分 中浮動，但柄二然圖1中將板13說明為在炫體10 , —反3可至少部分地浸沒於熔體10中，戍 動於熔體10之頂邱。冶α 1 Α了子 體10之頂邻在一種情況下’板13之僅10°/。從熔 版川之頂口 P上方突出。炫體10可在裝置21内循環。 此容器16界定至少一通道17。此通道17經組離 二體Γ ’且熔體1〇從通道17之第一點18流動至第二 ;之以情況下，通道】7内之環境仍將防止炼體】〇 t炙遂波（npples)。熔體10可由於（例如）壓力 力、磁+流體動力（magnetohydr〇dynamic)驅動、螺 以及葉輪幫浦、輪或其他輸送方法而流動。频1〇^著在 201009132, 一‘ > ·μ-^ .x.ooc 溢道（spill way ) 12上流動。此渚冶 /现逼]2可為斜面、堰（weir)、 小堤或角落，且不限於圖】中所㈣之實施例。^ 可為允許板13從溶體10分離的任何妒狀 ^ 一 在此特定^例中，面板15經㈣以部分在炼體ι〇 之表面下方延伸。此可防止波或漣波在板13形成於溶體 10上時干擾板13。波或漣波可由於從進料器n添加炫體 材料、泵抽或熟習此項技術者已知的其他原因而形成。 ❹ 在一特定實施例中，可使容器16以及面板15及2〇 維持在稍高於近似赠κ之溫度。對於料言，ΐ687 κ 表示冷凝（freezing)溫度或界面溫度。藉由使容器ΐ6以 及面板15 A 20 1溫度維持於稍高於溶體1〇之冷凝溫度， 冷卻平板14可使贿射冷卻麵翻，讀棘體⑴上 或溶體10中之S 13白勺所要冷凝逮率。在此特定實施例中， 冷卻平板14由單個區段或部分組成，但在另—實施例中可 包含多個區段或部分。可以高於熔體1Q之溶化溫度的溫度 來加熱通道17之底部’以在界面處在炫體1()中形成較小 的垂直溫度梯度，以防止組成過冷（c〇nsiituti〇nal supercooling)或在板13上形成枝狀結晶（dendrites)或分 支犬出部分。然而，谷态16以及面板15及2〇可處於高於 溶體10之溶化溫度的任何溫度。此舉防止溶體1〇在容器 16以及面板15及20上凝固。 可藉由至少部分地或完全將裝置21封入包體 (enclosure)内，來使裝置21維持於稍高於熔體1〇之冷凝 溫度的溫度。若所述包體使裝置21維持於高於熔體1〇之 “doc 201009132 ’令溫度，則可避免或減少加熱裝置2i ，且 匕體中或周圍之加熱器可補償任何埶 而 由非各向同性傳導性而等溫。在另1^：'^此包體可藉 將加熱器安置於包體上或包體中例中’亚不 置w黯訂，观; 包體可控制裝置21所安置之環境。 φ 度。惰性氣體可減少至炼體1G中之 >谷貝=可能導致板13之形成製程期間的組成不穩定性。 r 包含冷卻平板14。冷卻平板14允許在板13 形成於HG上_排熱。當冷卻平板14之溫度降低至 =於熔體H)之冷凝溫度—顿14可致使板13在溶 體10上或溶體10中冷凝。此冷卻平板14可使用輕射冷 部’或可由（例如）石墨、石英或碳化石夕製造。冷卻平板 Η可從液態溶體1〇快速、均勻且以受控量移除孰量。可 減少板13形成時對炫體1()之干擾，以防止板13中之瑕疲。 與其他帶拉動（ribbonpulling)方法相比，溶體10之 表面上之溶解熱量及來㈣體1G之熱量的排熱可允許較 快地產生板13 ’同時維持板13具有較低缺陷密度。冷卻 熔體10之表面上的板13或在熔體1〇上浮動之板13允許 緩慢地且在較大區域上移除熔解潛熱，同時具有較大的水 平流動速率。 10 201009132 冷卻平板14在長度及寬度上之尺寸可增加。增加長度 對於相同垂直生長速率及所得板〗3厚度而言，可允許較快 的’溶體10流動速率。增加冷卻平板】4之寬度可導致較寬 的板】3 °不同於垂直板拉動方法，使用圖〗中所述之裝置 及方法的實施例’不存在對板13之寬度的固有（inherem) 實體限制。

❹ 在一特定實例中，熔體10及板13以大約1 cm/s之逮 率流動。冷卻平板14之長度大約為20 cm且寬度大約為 25(^1。板13可在大約2〇秒内生長至大約1〇〇从111之厚度。 因此，所述板之厚度可以大約5 μΓη/3之速率生長。可以大 約10 m2/小時之速率產生厚度大約為1〇〇μιη之板13。 在一實施例中，可使熔體1〇中之熱梯度減至最小。此 舉可允許熔體1〇流穩定且分層。亦可允許使用冷卻平板 14 t由輻射冷卻來形成板13。在一特定情況下，冷卻平板 14與熔體〗〇之間大約3〇〇κ之溫度差可以大約7叫^/8之 速率在熔體10上或熔體10中形成板13。 、斤通暹17之在冷卻平板14下游且在面板20下方之區可 為等溫的（isothermal)。等溫區可允許板13之退火。 在板13形成於熔體1〇上之後，使用溢道12使板13 從熔體ίο分離。溶體10從通道17之第一點18流動至第 。板13將與雜1G —起流動。板Π之此輸送可 為連績運動。在一種愔況下 之相同#、、⑼1 板大致以熔體10流動 又抓。此，板13可形成且被輪送，同時相 於熔體10靜止。可更改声^ 」才相對 J文汉，皿逼12之形狀或溢道12之定向 201009132 •doc 以改變熔體10或板13之速度分布 (orientation ) (profile)。

熔體10在溢道12處從板13分離。在一實施 體10之流動在溢道]2上輸雜體1G，、^J 溢f2上輸送板】3。此舉可使板η中之㈣ 少或防止晶體破裂，因為無外部應力施加至板13=: 定實施例中’刪將在溢道12上遠離板13而流· 一用二二二12處’以防止對板13之熱震(th—

=k。）在^例中，溢道12處之分離在近等溫條件下

與藉由垂直於溶體拉動相比，板13可在裝置2 快地形成，因為熔體1〇可以經組態以允許熔體川上之板 13以適當地冷卻及結晶的速度流動。板13將大致以與溶 體10之流動速度一樣快的速度流動。此舉減小板13上之 應力。垂直於熔體而拉動帶在速度上受限，因為由於拉動 而在所述帶上置有應力。在一實施例中，裝置21中之板 13可不具有任何此拉動應力。此舉可提昇板13之品質以 及板13之生產速度。 在一實施例中，板13可趨向於直接向前超過溢道12。 在一些情況下，可在越過溢道12之後支撐此板13，以防 止斷裂。支撐元件22經組態以支撐板13。支撐元件22可 使用（例如）氣體或鼓風機來提供氣體壓力差以支撺板 13。在板13從熔體10分離之後，板13所處之環境的溫度 可緩慢地改變。在一種情況下’隨著板13移動遠離溢道 12 201009132.u〇c j 12，所述溫度降低。 在一種h況下，板13之生長、板13之退火以及使用 溢道12之板13從熔體1〇之分離可在等溫環境下發生。使 用溢道12之分離以及板]3與熔體1 〇之大致相等的流動速 率使板13上之應力或機械應變減至最小。此舉增加產生單 晶體板13之可能性。

在另貝知例中，將磁場施加至裝置21中之溶體j 〇 及板13。此舉可消震（dampen)熔體1〇内之振盪流 (oscillatory flow) ’且可改良板13之結晶化。 爪 圖2為㈣體拉動板之裝置之—實_的剖面側視 圖。在此實施例中，裝置23從熔體1〇拉動板13。此 施例中，炫體K)不可在通道17中魏，且可使用晶種來 拉動板13。可藉由冷卻平板14經由冷卻來形成板13，且 可從炫體10拉出所得板。 圖1至圖2之實施例均使用冷卻平板14。冷卻 ^長不同冷卻溫度、雜1G之Μ流動速率或板 在裳置置之各個部分之長度，或 若熔體二石"，内之時序(tlming)可用於製程控制。 板圖戈中形成多晶板13或單晶體 含於包二或圖2之刪，裝置或如可包 圖1及圖2僅為可在溶體中 個實例。垂直及水平板13板13之裝置的兩 的。本文所f it) 1長其他I置或方法為可能 ⑽之方法及裝置的實施例可應用於任何垂直 -doc 201009132 ‘生長方蝴置’且並非僅限於圖1至圖2 圖3為幫浦之-實施例的剖 =凝溫度時，幫浦-經配二溶 種清况下，炫體10是石夕並且可得㈣妝10。在一 度下操作幫浦3G。幫浦30可以位^奴冷凝溫度的溫 在溶體10之冷凝溫度之上。於熱絕緣之腔室中維持 管路Μ的:^2#:二31 ’其界定空腔39、接近第一 第一管路34可二是熔體1〇近第二管路35的出口閥兕。 體10的出口。氣體源而第二管路35可以是溶 雖然氬氣在此具—= f通力的氯氣。 或鈍氣。氣體源36可以包 1以< 用其他惰性氣體 到腔室的氣懸。氣體從氣體源36 與、她。接觸的幫浦 組成，例她《、石英^ 料所 的壓力將弓I入u· in)炫體是氣化石夕。幫浦30 把忮骑^ π ; &體10中並且在所要的壓力下 體，抽出來。幫浦3G是域體源36所驅動。在高 ^了管路34的之壓力（亦即p〇)的任何所要壓力下（亦 f)，幫浦3G可以提供炫體1()之幾近連續的傳輸。 在圖3所示的實施例中，入口閥32與出口閥33是止 回闕（check valve) ’但是也可以使用其他種類的閥。止 ’是-種防止回流的閥或是單向閥，其只允許流體以單 方向流經此閥。在此特定實施例中，入口閥32與出口閥 201009132, …一 vi.doc 33分別包括主體37與底座（咖）％。在此實施例中，主 體37呈卿’但也有可能是其他形狀。主體37經組態裝 配在底座38 β，在—實施例中底座38可以是插槽 (socket)。當入〇閥32或出口閥％被密封時，主體 靠著底座38靜止。主體37可以塗佈氮化獨、石英、氮化 矽或碳化矽或是由上述材質所製造。 圖4A至圖4D為使用圖3中幫浦實施例進行果抽 面侧視圖。圖4A表示幫浦腔室31中的壓力（p)盥二 ❿ 管賴中的壓力（Pq)大約相同（p=p。）時的初始狀態。 因此，入口閥32與出口閥33都是關閉的。在圖4的6中， 降低幫浦腔室31 +的壓力。這個狀態可以用方程式 PiPo-pghi表示，其中p是熔體1〇的密度、g是重力、而 hi是熔體10必需流經入口閥32的上方以進入幫浦腔室幻 的高度40 (以直線代表）。由於幫浦腔室31中的壓 於第-管路34中的壓力，因此入口閥32開啟並且溶體 填充幫滤腔j： 31。幫浦腔室31 +的低壓力將會使出 33保持關閉。在圖4C中，幫浦腔室31中的壓力會因為使 用從氣體源36來的氣體而增加。使得幫浦腔室31中的承 力約莫大於第二管路35中的壓力。此狀態可以方程 表示。由於幫浦腔室31中的壓力高於第二管 31姚介因此出口閥33開啟並且熔體10從幫浦腔室 閉。1工圖4^腔1 31 t的高壓力會使入口闕32保持關 田—中，幫浦30恢復到圖4的A的初始狀態，其 等/腔至31中的壓力大約等於第一管路34中的壓力 15 上.doc 201009132 (P=P〇)。 可以重複圖4A至圖4D的製程以產生熔體10流。如 果需要的話，可以調整熔體1〇流的速度。可以單獨或至少 部分地使用或多個幫浦30，以確保適當的熔體10流或熔 體10速度。例如兩個幫浦可以平行使用，如此一來當來自 第一幫浦的熔體10流結束時，來自第二幫浦的熔體】〇流 可以開始。這樣可以確保恆定的熔體1〇傳送。

圖5為過;慮裔的方塊圖。在此特定實施例中，過濾器 51位於高壓區50與低壓區52之間。高壓區5〇與低壓區 52之間的壓力差會使熔體1〇在方向53流經過濾器51。過 濾裔51可以移除溶體1〇中的微粒，例如二氧化石夕或是石炭 化矽。過濾器51可以是（例如）氮化矽網篩或薄膜。氮化 矽網篩或薄膜可以由諸如Nan〇Structures公司或是 DUR-SIN™製造。在其他實施例中，過濾器51可以包括 氣化棚細粒。

圖6為微粒捕集阱（partide tmp)之第一實施例的音 面側視圖。當熔體10流經微粒捕集阱62時，微粒捕集 62收集在炼體10中的微粒65，例如二氧化石夕、硼、編 ^碳化^碳切、鐵、做及—些形式之二氧化石夕的键 =^魏體的錢。舉例來說，贿體iq的密❹ ，.49 g/cc ’而二氧化石夕的密度約為2.65咏 : 密度約為3.1 g/ee。微粒65將會i y 部，而熔體10會在方向63從熔〜口丄補丄集阱62的屬 62流至溶體出口 61。因為經由微粒捕集阿 力差的關係，溶體10可以名 16 •doc 201009132 方向63流動。 J 2 =捕集解之第二實施例的剖面侧視圖。諸如 ^魏或疋工氣之某些微粒66的密度低於卿體】 始、度。微粒66將會在微粒捕⑽64的 10會在方向 體出口 61 經由微粒捕集牌64流至熔 ^出 因為壓力差的關係，炫體10可以在方向63浐 動。微粒捕集阱64也會捕集體代 粒捕集阱64也可包括r τ ]禪钐物貝微

r 、 匕栝勺+ (SC00P)、斜面或是漏杓 (Sklmmers)以從熔體10移除一些微粒。 圖8疋純化系統之第—實施例的 (sedation 祕Π = 例如碳或是金屬。在物質中’溶f的偏析 择丫疋曰鄰近固液介面之固態與液態中之溶質平衡濃 =勺比例田γ<1 ’溶質從固態析出（rejected)而進入液 〜、。δ γ>1 ’溶質由液態析出而進入固態。 裝，80由無汙染材料所組成，例如氮化獨、石英、碳 =化發。炫體1G經人口埠81填充裝置⑽。在此特 定只轭例中，入口埠81位於裝置80的頂部。熔體1〇使用 出口璋82從裝置80排出。在此特定實施例中，出口埠以 位於裝置80的底部。入口埠81與出口埠82可以位於裝置 80的同一側或是圖8中裝置8〇以外的其他側。出口埠u 1各質塊體（SlUg) 83的上方’其中塊體83在純化製程 中會形成在裝置80的底部。塊體83是溶質的高濃度冷凍 塊。 17 ii-'.doc 201009132 。圖9A至圖9F域用圖8中純化系統實施例之純化製 程的剖面正視圖。圖9A至圖奸是根據時間先後而發生: 但也可能是其他實施例與方法。溶體1〇經入口璋Μ 裝置80。裝置8G包括冷卻器％與加熱器％，冷卻哭⑽ 與加熱器91至少在第—方向可以相對於裝置80而°轉換 廿广在一實施例中，轉換是-致的(Unif_)， 速度允許冷凝及溶化。冷卻器9〇與加熱器9〗 之母一者可以具有防護與隔熱。從冷卻器90 I加埶哭91 的熱可以是傳導性、對流性、細性或是 ^述二種熱轉移形式的任意結合。雖然繪示兩個冷卻琴如 與兩個加熱器91，但冷卻器9〇與加熱器也 是本領域具有通常知識者所知的其他數目。设目也了此 册在-種情況下，冷卻器90與加熱器91為環繞 二在下，冷卻器9〇與加熱器91為靠 近裝，8G的平板或是區塊。在此實施射，冷卻器= 加熱β 91可以使用轉換機構以操作 二 開地或單獨地轉換。在又一種情況下 次者疋彼此分 盥加埶哭91與入驻罢》η 士 /兄下，可以將冷卻器90 啟加熱或ί卩並且隨糾間過去選擇性地 冷卻器90與加熱器91還有系統的其他部份 射的遮蔽，域小溫㈣擾動。在—實施财，在低$ 體10之冷凝溫度的温度下操作冷卻器90。因此，_二 90與炼體10可以被冷卻至低於炫體ι〇 Ί 器91包含歐姆加熱器、感應線圈、或是熱阻加 i.doc 201009132 其他形式的加熱也是可能的。在一實施例中，流至冷卻哭 90的流體可以調節冷卻器9〇的温度，不過其他a P = 也是可能的。 、 万法 〇〇在圖9A至圖9F的特定實施例中，冷卻器9〇與加教 态9】相對於裝置80轉換，也可以從例如項部到 圓、 9A至圖9F)來冷凝裝置8〇内所有的炫體】〇。:合 凝固熔體92 (以陰影線繪示）。 形成 …許纽+比麵射具錢㈣溶解声，# ❹以溶質的濃度在固體中被降低。當所有 2， 凝_體92時，在炫體1。與凝固炫體== 將會形成較高濃度溶質區。這個界=之間=面 端移動到另-端，最後形成k裝置80的一 製程可以與所有具有偏析係數的溶質的塊體83。此 y=cs/c,<i 起進仃。 其中γ是偏析係數、c θ + π & 液態中的濃度。因此，這丄=在固心中的濃度、而q是在 ❹tb在液態巾是比較不溶的y =固液界面之溶質在固態中 銅、碳、鐵、鋰、錳、鎳评夕化合物例如銀、鋁、金、 =Γ。其他本領域4通》以以此種方式從 ”方式從炫體移除知辦者所知的溶質也可 、，：恶以移除至少一：卹盗90輿加熱器 疋冷凝與熔化循 L次嗍。例如，务 ,,^ ^ 移除氣岑^ 而要多次的過濾或 此製程的致果繪 P蝴。 90 與加埶 5| 9〗y· a* _ 中。·4 1¾ '、、、° 1在裝置8〇中「 在_ 12中，當冷卻器 x車由方向）轉換時，凝固 .doc 201009132 熔體92中的溶質濃度（C )增加。 接著凝固溶體92使用加熱器9]重新被熔化而再—次 形成熔體1〇(繪示在圖9C至圖9D中）。這將會在褒置 80的底部留下具有高濃度溶質的塊體83。在一實施例中， 可以重複此製程以獲得所要的熔體〗〇純度。這需要重新熔 化塊體83或是以多次的冷凝及溶化循環來長成塊體^。

在圖9E中，經由出口埠82移除熔體1(^在圖卯中，名 裝置80移除塊體83。上述之移除可以從裝置8〇滴」 (dropping)、藉由重新熔化塊體並且從裝置\〇排出或j 泵抽、或是藉由一些其他的移除方法。 較高純度之熔體10可以降低熔體10中結構性過冷έ 可能性。紐的冷凝溫度可關為溶f的存在而降低“ 溶體10 #冷，時’此結構性過冷會產生枝狀結: endntes) π純度之溶n 1〇也會降低沉殿的可能性; (，）的形^是任何沉殿或是小晶以 = Γ可能性。此外，由於減少雜質，高純ζ 造出高效率的太陽能電池。所以，在一 1

fraction)。 残於1〇的洛質質量分率（ma: 雖然在9A至9F中的贺鞀絡-达土 替代的實施例中，在任何給定的時間只有液態⑻ 20 doc 201009132 的小區域形成凝固熔體 卻器90與加埶哭91相㈣樣形成了凝固區㈣°當冷 ¥ 8Π ΛΑ Η 、相對裝置80而轉換時，凝固區110 進行、度進仃。當凝固區110從裝置80的一端 ί 了：;=固區110的術重新溶化至溶體1〇。 I凝固μ :體92往上轉，設置可軸祕齒壁以防 止·體92從裝置8〇的一端移動到另一端。 作。t產量，多個裝置8°可以串接(—)操

M化系統之第二實施例的剖面正視圖。在此特 疋貝％例中’冷卻器9G與加熱器91 :職置80_90與加熱器91也可以單臟: 、猎由錯開母個裝置80的時間點，這樣可以允許產量增 加。 圖13是板形成系統之第—實施例的方塊圖。系統出 包括輯130與送料閘（1〇ad七ck) 131、幫浦133、以及 具有至少一裝置80的純化系統134、幫浦13S與136、與 板形成裝置137。系統132可以形成板13。幫浦l33、i35'、 136可以對應幫浦30或是一些其他的幫浦。板形成裝置η? 可以對應裝置2卜裝置23、或是本領域具有通常知識者所 知的其他垂直或水平之板形成系統。系統132更包括過濾 為51、微粒捕集阱62、或微粒捕集阱64，其例如在純化 系統134的上游、或在幫浦135、136與板形成裴置137 之間。在此實施例中，在沒有接觸到空氣的情況下，提供 純化的熔體10給板形成裝置137,因此避免了直接添加原 料（feedstock)至板形成裝置137之方法中的氧化。 .doc 201009132 二=。;^:_13° 形成㈣ 130是由無污染的在-實施例中， 2奋“料成例如氬化哪或是氮化石夕。在 130由包括碳的材料例如碳化矽戋石 =:::，!!用包括碳的材料可能需要接著把 如石夕土（=a)或石英。掛瑪⑽可以包括加_成歹 可以例如疋感應式的、熱阻式的、或歐姆加㈣。。在= ΪΪ=。’之?晴隔絕的，可以維持在炫體】。 中间於k體10之冷滅溫度以上的 拉、 體10所需的功率。 亚降低溶化溶 坩堝130可以包括送料閘131以 炫體可以合併在_3 ==至 =會關閉及排空。然後使用氣體源138心 it ’例如氬氣或是其他惰性氣體，並且加敎以熔化 原料材料至熔體1〇中。 …从峪化 ^氧化石夕的氣化，在掛蜗13〇中可以從溶體1〇移除 U 炫化溫度以下的溫度是揮發性的。在-特 並且重新一次或多次地 ”夕淨化（purge) 131 nn 虱孔，、充，以移除來自送料閘 次坩堝130的氧。如果送料閘131或坩堝13 有石厌’例如在碳化石夕表面或石墨加熱器，可能 化石厌。-氧化碳需要被泵抽出以防止污染炫體^在一實 *t.doc 201009132 施例中，添加例如氫至送料閘131或坩堝130來作為還原 劑或是提升從熔體10中移除的氧。 在一種情況下，原料例如石夕被添加至坩禍130的送料 閘131 °石夕在等級上以及形狀或形式上可以有所變化。在 一特定的實施例中，使用具有大氧化面積的矽小球顆粒 (pellets)。然後送料閘131關閉、排空與被泵抽至真空 以矛夕除氧或其他氣體。原料被運送至掛塌130，送料閘131 與坩堝130填充鈍氣例如氬氣，並且原料被熔化形成熔體 〇 。虽有需要時，以氬氣淨化以移除氧化石夕與一氧化碳的 汙染:然後幫浦133泵抽熔體10至純化系統134。在進入 ，化系統134之前，經由過濾器51、微粒捕集阱以、或是 微粒捕集阱64泵抽熔體10。在圖9的A至圖9的F中繪 不裝置80填充熔體1〇並且開始純化熔體1〇。純化的熔體 、真充至少幫浦135、136的其中之一，並且以控制的速 率被泵抽至板形成裝置137。此控制的速率與形成板丨3之 板形成裝置137中結晶化的速率相同。 ❹ 在—種情況下，當熔體1〇從例如幫浦135被泵抽出， 填充幫浦136的熔體1〇在純化系統134中被純化。計時 (Umed^此純化製程，使得當原本填充的幫浦135變成空 ^或之㈤’ ’浦準備好泵抽至板形成裝置Η?，以允 〇午熔粗10持續輸送至板形成裝置137。 ^ 14疋板形成系統之第二實施例的方塊圖。系統140 包括攸板形成裝置137至幫浦136的回收141。如此町以 允許在板形成裝置137中熔體10的持續循環。

201009132 j 1 / jopu.doC 圖15是板形成系統之第三實施例的方塊圖。系統15〇 包括從板形成裝置137至純化系統134與幫浦136的回收 151 (以虛線繪示）。在另一實施例中，此回收只與純化系 統134流體交流（in fluid communication )。這樣允許炫體 10在板形成裝置137中持續循環，並且純化添加至板形成 裝置137或系統150其他地方中的任何溶質熔體1〇。因 此，熔體ίο不會因為溶質或雜質而強化（intensify)。如 果板13是由板形成裝置137所製成，根據下列的方程式， 偏析係數小於1的溶質將會在熔體1〇中強化： dt 其中v0是坩堝130或板形成裝置137的體積，χ 137 ^入速率）。在例如_ 130中，X(t)會從變動置 # 2 /具有W尺寸之炫體1G製作系統中，其製 濃产：在二 1〇0’的厚板13,偏析係數小於〇.01的溶質 1 力〗M、時㈣數量級（。咖of magnitude)择 化溶體10的相同現象會造成溶質的強化二中1 屯 裝容板13.所「產生」的這些落== 純溶體10 W的速率祕除。當板13被製作時，這樣允許 抓體10或雜體1G中低溶f濃度的連續狀態。1

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j a / w/u_piI.Q〇C 在另一實施例中’另一相似於純化系統134的純化系 統只與板形成裝置137相連接。如此只會流回至板形成裝 置137。這樣允許回收流中溶質的移除，此回收流與來自 純化糸統134之流是分離的。 圖16是從熔體中分離板之裝置之第一實施例的上視 平面圖。此實施例之裝置21包括幫浦160。雖然在圖]6 中繪不兩個幫浦160，其他實施例可以使用一個或兩個以 上的幫浦160。這些幫浦160對應圖3的幫浦3〇。幫浦ι6〇 ❿ 使熔體10以方向162以及方向161流入壁163附近並且流 過溢道12。幫浦16〇可以在裝置21中提供不間斷的炫體 流。熔體10可以利用幫浦160泵抽至較高的垂直位置。 、，圖I7是從熔體中分離板之裝置之第二實施例的上視 平面圖。除了包括幫浦160，此實施例之裝置21包括單元 170。單元170可以對應例如圖5至7中的過濾器51、微 粒捕集阱62、或微粒捕集阱64。單元17〇也可以是本領域 具有通常知識者所知的過濾系統。 Ο 圖18是板形成系統之第四實施例的方塊圖。系統18〇 包括坩堝130與送料閘131、氣體源138、幫浦133與丨幻、 以及板形成裝置137。系統180可以形成板13。幫浦133 與181對應幫浦30或一些其他的幫浦。板形成裝置137 對應装置21、裝置23，或本領域具有通常知識者所知的垂 直或水平的板形成系統。系統180可以更包括過濾器51、 微粒捕集阱62、或微粒捕集阱64，其例如在板形成裝置 137或幫浦181上游。 25 201009132 j 1 /*> opii.doc 系統]80更包括閥182與出口管路]83。在此實例中， 熔體〗〇是電子等級的矽。熔體H)使用幫浦18】經板形成 裝置137持續地循環。當熔體】〇中溶質濃度的程度高出某 個臨界值或是在板]3上發生枝狀結晶成長之前，閥 開啟並且炫體10使用出口管路183從板形成裝置137被排 出。在一種情況下，此臨界值為溶質質量比率大於1〇_8。 此溶質質量比率足夠造成熔體1〇之結構性不穩定以及在 板13成長枝狀結晶。 甜禍130會製作用於板形成裝置137的新熔體1〇，其 ⑮ 使用幫浦133被泵抽至板形成裝置137。泵抽允許板形成 裝置137之持續操作。在一種情況下，新炼體丨〇可以具有 ;谷i質量比率約為10在這種情況下，使用出口管路M3 排出的熔體10是較低等級的矽並且可以用作其他用途。例 如’使用出口管路183排出的熔體1〇可以作為太陽能等級 的每7。 在一特定的實施例中，系統180更包括低溶質濃度熔 體1〇用的儲存器。當使用出口管路183排出熔體1〇時， 儲存盗可以允許板形成裝置137之持續操作。儲存器位於 ❹ 幫浦133的下游以及板形成裝置！37的上游。 、 本揭露案之範疇不受本文所描述之具體實施例限制。 事實上，熟習此項技術者從前面的描述内容及隨附圖式將 明白除本文所述之實施例及修改之外的本揭露案的其他各 種實施例及修改。因此，其他實施例及修改意欲屬於本揭 露案之範疇。此外，儘管本文已出於特定目的在特定環境 26 201009132 X l 中之特定實施方案的上下文中描述本揭露案，但孰習 技術者將認識到，本揭露案之有用性不限於此，且可出於 任何數目之目的，在任何數目之魏巾有益地實施本揭露 案。因此’應#於如本文崎之本揭露案的完整範圍及 神來解釋下文所陳述之申請專利範圍。 1 【圖式簡單說明】

圖。圖1是從溶體分離板之裝置之一實施例的剖面侧視 圖2是從熔體拉動板之裝置之一實施例的剖面侧視 圖3是幫浦之-實施例的剖面側視圖。 面側=。至圖料使用圖3中幫浦實施例進行泵抽的剖 圖5是過濾器的方塊圖。 微粒捕集牌之第一實施例的剖面側視圖。 ^疋微粒捕集牌之第二實施例的剖面側視圖。 =疋純化純之第-實_的透视圖。 圖9八至圖9F是使用圖8中纯化车 程階段的剖面正視圖。中乂化糸統貫施例之純化製 ^ ^是純化系統之第二實施例的剖面正視圖。 圖是純化系統之第三實施例的刮面正視圖。 12是比較溶質濃度的曲線圖。 =13是板形成㈣之第1施_方塊圖。 4疋板形統之第二實施例的方塊圖。 27 201009132 D i / JOpii.doc 圖15是板形成系統之第三實施例的方塊圖。 圖16是從熔體分離板之裝置之第一實施例的正視平 面圖。 圖17是從熔體分離板之裝置之第二實施例的正視平 面圖。 圖18是板形成系統之第四實施例的方塊圖。 【主要元件符號說明】 10 :熔體

11 :進料器 12 :溢道 13 :板 14 :冷卻平板 15、20 :面板 16 :容器 17 :通道 18 :第一點

19 :第二點 21、23、80、137 :裝置 22 :支撐元件 30、133、135、136、160、181 :幫浦 31 :幫浦腔室 32 :入口閥 33 :出口閥 34 :第一管路 28 f.doc 201009132 35 :第二管路 36、138 :氣體源 37 :主體 38 :底座 39 :空腔 40 :高度 50· 1¾壓區 51 :過濾器 162 :方向 52 :低壓區 53、63、161 60 :入口 61 :出口 62、64 :微粒捕集阱 65、66 :微粒 81 :入口埠 82 :出口埠 ❿ 83 :塊體 90 :冷卻器 91 :加熱器 92 :凝固熔體 110 :凝固區 130 :坩堝 131 :送料閘 132、140、150、180 :系統 29 201009132 j j / jojjii.doc 134 :純化系統 141、151 :回收 163 :壁 170 :單元 182 :閥 183 :出口管路

Claims (1)

1. A.doc 201009132 七、申請專利範圍： 1·一種純化的方法，包括： 於腔室中在第一方向冷凝炫體之第一部分； 在所述第一方向熔化所述熔體之所述第一部分 分，使所述熔體之第二部分保持冷凝； 、小部 從所述腔室流出所述熔體；以及 從所述腔室移除所述第二部分。

   、2.如申請專利範圍第1項所述之純化的方法，夏 述溶體選自岭、⑭麟、鎵以及祕騎組成之^所 3_如申叫專利範圍第1項所述之純化的方法， 期間更包括在所魏體及所述f二部分中濃縮溶質。冷凝 、4.如申凊專利範圍第1項所述之純化的方法，复 述移除包括從所述腔室滴下所述第二部分。 、斤 5·如申請專利範圍第！項所述之純化的方法， 包贿化所述第二部分以及從所述腔室流出所述第 6.—種用以純化熔體之裝置’包括： 腔至’界定空腔、入口及出口； 冷卻器； 加熱器；以及 冷卻沿職腔室在轉換所述 置，二如申凊專利範圍第6項所述之用以純化熔體之裝 ，/、中所述加熱器包括至少一歐姆加熱器、一感應線圈 31 201009132 31 8pu.doc 以及一電阻加熱器。 8. 如申請專利範圍第6項所述之用以純化熔體之裝 置，更包括在所述冷卻器及所述加熱器之間的絕緣體。 9. 一種用以形成板之裝置，包括： 坩堝，經組態以形成熔體； 第一幫浦’與所述坩堝流體交流； 純化系統’與所述第一幫浦流體交流； 第二幫浦’與所述純化系統流體交流；以及 板形成裝置’經配置以冷凝所述熔體以形成板，所述板 馨 形成裝置沿第一路控與所述第二幫浦流體交流，所述板形成裝 置包括容器及冷卻平板，所述容器界定經組態以容納所述熔體 之通道，所述冷卻平板配置在所述熔體上方。 10·如申請專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 置，其中所述板形成裴置包括溢道，且所述溶體及所述板 在所述通道内流向所述溢道。 11. 如申請專利範圍第9項所述之用以形成板 置，其中所述純化系統包括： 、 腔室，界定空腔、入口及出口； ❹ 冷卻器； 加熱器；以及 轉換機構，經組態以沿所述腔室在第一方向轉換所述 冷卻器及所述加熱器。 12. 如申請專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 置，更包括過濾器。 " 32 201009132, 13. 如申請專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 置，更包括微粒捕集 14. 如申請專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 置，更包括第三幫浦，所述第三幫浦與所述純化系統流體 交流，其中所述板形成裝置與所述第三幫浦流體交流。 15. 如申請專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 f，更包括所述板形成裝置及所述第二幫浦之間的第二路 授，所述第二路徑經組態以允許所述熔體循環至所述板形

   成泉置0上 16. 如申请專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 裏，其中所述板形成骏置與所述純化系統流體交流。 17. 如申叫專利範圍第9項所述之用以形成板之裝 #，其中所述第一幫浦及所述第二幫浦包括： 胲室，界定經組態以容納所述熔體之空腔； 氟體源，與所述腔室流體交流； 第一管路，與所述腔室流體交流； 第二官路，與所述腔室流體交流； 之間；以及 第一閥’崎在所述第—管路與所述腔室—， 第二閥’配置在所述腔室及所述第二管路Γ間: