專利名稱：一種硅料的鑄錠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅料的鑄錠方法，特別是一種冶金級硅料的鑄錠方法。
背景技術(shù)：
在高速發(fā)展的光伏行業(yè)中，低成本一直是主要競爭點。目前晶體硅是最主要的太陽能電池材料。近年來，太陽能硅材料價格居高不下，且有逐步上升的趨勢。冶金級硅料其純度介于工業(yè)硅和太陽能級硅之間，高純度的冶金級硅通過鑄錠、 切片等加工可生產(chǎn)出符合要求的太陽能電池片。冶金級硅的生產(chǎn)技術(shù)在不斷是深入，其產(chǎn)能也在不斷擴大。對于冶金級硅的鑄錠生產(chǎn)技術(shù)的也在不斷的研究。利用低成本的冶金級硅和鑄錠生產(chǎn)技術(shù)，可生產(chǎn)出多晶硅片，在降低成本的同時可滿足市場的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種硅料的鑄錠方法，該方法易于操作、成本低，適合規(guī)?；a(chǎn)，制備的硅錠收益率高，且其回收料可重復(fù)利用。實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括
(1)配料，按冶金級硅與太陽能級硅的重量比48備料，其中太陽能級硅中包含2-5% 總重量的細碎硅料；
(2)布料，將細碎太陽能級硅鋪設(shè)在坩堝底部，將冶金級硅鋪設(shè)在細碎硅料上面和坩堝側(cè)面，形成“凹”形，在坩堝中間鋪設(shè)剩余太陽能級硅料，并根據(jù)目標電阻率加入摻雜劑；
(3)加熱，將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，分階段升溫使上部和四周的硅料熔化，至熔化后期延長熔化時間，使底部硅料全部熔化，然后進入長晶階段；
(4)長晶，在長晶階段，分階段降溫，使晶體由下至上生長，待晶體長成后，經(jīng)退火冷卻得到硅錠。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，利用低成本的冶金級硅和太陽能級硅混合鑄錠技術(shù)生長多晶硅，得到的硅錠有高的收益率，降低了生產(chǎn)成本；整個工藝在鑄錠爐中進行，易操作，容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為第一層冶金級硅的裝料圖。圖3為第二層冶金級硅的裝料圖。圖4為第三層冶金級硅的裝料圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3和圖4所示，包括(1)配料，按冶金級硅與太陽能級硅的重量比48備料，其中太陽能級硅中包含2-5% 總重量的細碎硅料；
(2)布料，將細碎太陽能級硅鋪設(shè)在坩堝底部，將冶金級硅鋪設(shè)在細碎硅料上面和坩堝側(cè)面，形成“凹”形，在坩堝中間鋪設(shè)剩余太陽能級硅料，并根據(jù)目標電阻率加入摻雜劑；
(3)加熱，將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，分階段升溫使上部和四周的硅料熔化，至熔化后期延長熔化時間，使底部硅料全部熔化，然后進入長晶階段；
(4)長晶，在長晶階段，分階段降溫，使晶體由下至上生長，待晶體長成后，經(jīng)退火冷卻得到硅錠。所述太陽能級硅中的細碎硅料的最大尺寸為20mm。所述的冶金級硅為長條形狀，最少兩個面平整，可穩(wěn)定與底面及頂部冶金級硅相接觸，底層與上層的冶金級硅之間的布置角度為90度，共計鋪設(shè)三層冶金級硅，冶金級硅之間和冶金級硅與坩堝之間留有2 5cm間隙。所述的加熱工藝中硅料熔化溫度為1410 1600°C。所述的長晶工藝，先快速降溫到1410 1500°C，同時將隔熱籠以選定速度打開， 底部散熱實現(xiàn)定向凝固，控制長晶速率1. 0 1. 2cm/h，使晶體由下至上穩(wěn)定生長。所述的摻雜劑為硼、稼或磷，摻雜后的目標電阻率為1. 0 3. 0Ω ·_。
實施例包含以下步驟
(1)計算冶金級硅和太陽能級硅混合的比例；
(2)將細碎太陽能級硅鋪設(shè)在坩堝底部，將冶金級硅鋪設(shè)在細碎硅料上面和坩堝側(cè)面， 形成“凹”形，在坩堝中間鋪設(shè)剩余太陽能級硅料，并根據(jù)目標電阻率加入摻雜劑；
(3)將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，分階段升溫使上部和四周的硅料熔化，至熔化后期延長熔化時間，使底部硅料全部熔化，然后進入長晶階段；
(4)在長晶階段，分階段降溫，以一定長晶速率使晶體由下至上生長，待晶體長成后，經(jīng)退火冷卻得到硅錠；
(5)將硅錠后續(xù)處理得到用于制作太陽能電池的硅片。在上述步驟中
步驟(1)中所述冶金級硅和太陽能級硅的重量比為4:8之間。步驟(1)中所述的太陽能級硅中應(yīng)包含一定量的細碎硅料，細碎硅料的最大尺寸為 20mm。步驟O)中所述的冶金級硅為長條形狀，最少兩個面平整，可穩(wěn)定與底面及頂部冶金級硅相接觸。步驟O)中底層和上層冶金級硅之間的度角為90度，共計鋪設(shè)三層冶金級硅。步驟O)中冶金級硅之間和冶金級硅與坩堝之間留的間隙為2 5cm。步驟(3)中硅料熔化時候控制溫度為1410 1600°C。步驟(4)中所述的分階段降溫過程為先快速降溫到1410 1500°C，同時將隔熱籠以選定速度打開，底部散熱實現(xiàn)定向凝固，控制長晶速率1. 0 1. 2cm/h，使晶體由下至上穩(wěn)定生長。
步驟(5)中的后續(xù)處理包含以下工序開方、檢測、去頭尾、磨面、倒角和切片。步驟(5)中的硅錠的收得率高于60%，硅錠去頭尾的硅料可再利用。本發(fā)明提供的一種冶金級硅的鑄錠方法的具體工藝流程如圖1所示。計算冶金級硅和太陽能級硅混合的比例，選取的重量，其中包括8 20kg的細碎太陽能級別硅料。選擇標準的450型坩堝，即其坩堝內(nèi)部尺寸為840X840X400mm。依照以上標準，先將細碎硅料鋪與坩堝底部，再選擇15塊冶金級硅按照3X5的方式鋪設(shè)第一層冶金級硅，放置時候冶金級硅之間和冶金級硅與坩堝之間留的間隙為2 5cm。沿坩堝側(cè)面放置第二層冶金級硅，與第一層之間的角度為90度，第二層鋪設(shè)12塊冶金級別硅。第三層鋪設(shè)6塊冶金級硅，與第二層層90度角。在坩堝的中間放置剩余的原生多晶硅，包括冶金級硅在內(nèi)，共計裝料420kg。冶金級硅、太陽能級硅和摻雜劑的填充方式如圖2、3、4所示。摻雜劑為硼、稼或磷，摻雜后的目標電阻率為1. 0 3. 0 Ω -cm.將上述裝有原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，鑄錠爐為GT 450型等，控制加熱器加熱到1000 1500°C。進入熔化階段后，采用溫度控制加熱，控制加熱溫度在 1410 1600°C。進入長晶階段，快速將溫度由1550°C降至1432°C，在開始30min內(nèi)將隔熱籠打開至10cm，使底部散熱實現(xiàn)定向凝固，之后隔熱籠打開速度先后按1. 6cm/h和0. 33cm/ h的速度打開；長晶過程中控制長晶速率1. 0 1. 2cm/h，使晶體由下至上穩(wěn)定生長。將上述長成后的晶體硅經(jīng)過退后、冷卻后得到硅錠。所得的硅錠進過開方后得到 25個小硅棒，小硅棒經(jīng)過檢測、去頭尾、切片等工序得到多晶硅片。以上方法得的小硅棒的整體平均少子壽命大于5 u s，按少子壽命2 u s進行檢測劃線，硅錠收益率為64.81%。以上鑄錠方法得到的多晶硅片制作成的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率可達到16. 7%以上。
權(quán)利要求
1.一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，包括(1)配料，按冶金級硅與太陽能級硅的重量比48備料，其中太陽能級硅中包含2-5%總重量的細碎硅料；(2)布料，將細碎太陽能級硅鋪設(shè)在坩堝底部，將冶金級硅鋪設(shè)在細碎硅料上面和坩堝側(cè)面，形成“凹”形，在坩堝中間鋪設(shè)剩余太陽能級硅料，并根據(jù)目標電阻率加入摻雜劑；(3)加熱，將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，分階段升溫使上部和四周的硅料熔化，至熔化后期延長熔化時間，使底部硅料全部熔化，然后進入長晶階段；(4)長晶，在長晶階段，分階段降溫，使晶體由下至上生長，待晶體長成后，經(jīng)退火冷卻得到硅錠。
2.根椐權(quán)利要求1所述的一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，所述太陽能級硅中的細碎硅料的最大尺寸為20mm。
3.根椐權(quán)利要求1所述的一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，所述的冶金級硅為長條形狀，最少兩個面平整，可穩(wěn)定與底面及頂部冶金級硅相接觸，底層與上層的冶金級硅之間的布置角度為90度，共計鋪設(shè)三層冶金級硅，冶金級硅之間和冶金級硅與坩堝之間留有 2 5cm間隙。
4.根椐權(quán)利要求1所述的一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，所述的加熱工藝中硅料熔化溫度為1410 1600°C。
5.根椐權(quán)利要求1所述的一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，所述的長晶工藝，先快速降溫到1410 1500°C，同時將隔熱籠以選定速度打開，底部散熱實現(xiàn)定向凝固，控制長晶速率1. 0 1. 2cm/h，使晶體由下至上穩(wěn)定生長。
6.根椐權(quán)利要求1所述的一種硅料的鑄錠方法，其特征在于，所述的摻雜劑為硼、稼或磷，摻雜后的目標電阻率為1.0 3.0Q*cm。
全文摘要
一種硅料的鑄錠方法，包括配料，按冶金級硅與太陽能級硅的重量比48備料，其中太陽能級硅中包含2-5%總重量的細碎硅料；布料，將細碎太陽能級硅鋪設(shè)在坩堝底部，將冶金級硅鋪設(shè)在細碎硅料上面和坩堝側(cè)面，形成“凹”形，在坩堝中間鋪設(shè)剩余太陽能級硅料，并根據(jù)目標電阻率加入摻雜劑；加熱，將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中進行抽真空加熱，分階段升溫使上部和四周的硅料熔化，至熔化后期延長熔化時間，使底部硅料全部熔化，然后進入長晶階段；長晶，在長晶階段，分階段降溫，使晶體由下至上生長，待晶體長成后，經(jīng)退火冷卻得到硅錠。該方法易于操作、成本低，適合規(guī)模化生產(chǎn)，制備的硅錠收益率高，且其回收料可重復(fù)利用。
文檔編號C30B11/00GK102296354SQ20111027800
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者吳彬輝, 張小東, 張澤興, 張理輝, 黃林 申請人:江西旭陽雷迪高科技股份有限公司