專利名稱：一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板。
背景技術(shù)：
目前晶體硅太陽能電池占據(jù)著光伏產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位。而硅片的成本占到了單/多晶體硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的質(zhì)量，對于光伏行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。常規(guī)的多晶硅中，晶粒的隨機(jī)取向使其難以對所得到的晶片表面進(jìn)行紋飾。紋飾用于通過減少光反射和提高透過電池表面光能的吸收來提高電池效率。此外，多晶硅晶粒之間邊界(晶界)上形成的“扭折”傾向于以簇或位錯(cuò)線形式成為結(jié)構(gòu)缺陷的核，這些位錯(cuò)和位錯(cuò)的吸雜效應(yīng)會(huì)引起多晶硅制成的電池中載流子快速復(fù)合，從而導(dǎo)致電池效率降低。鑄造單晶硅技術(shù)是一種新型的單晶生長方式，這種方法采用與多晶鑄錠爐類似的設(shè)備進(jìn)行單晶硅的生長。鑄造單晶硅的基本工藝過程是將硅熔體從石英坩堝底部開始緩慢冷卻生長成一個(gè)單晶的方錠，而鑄造單晶硅工藝與傳統(tǒng)多晶硅鑄錠工藝最大的不同在于鑄造單晶硅工藝需要在石英坩堝底部排列一層籽晶，這種技術(shù)既具有單晶硅材料低缺陷、高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)點(diǎn)，又具有鑄錠技術(shù)高產(chǎn)量、低能耗、低光致衰減的優(yōu)點(diǎn)。簡單地說，這種技術(shù)就是用多晶硅的成本，生產(chǎn)單晶硅的技術(shù)。通過鑄錠單晶硅技術(shù)，可以使多晶鑄錠爐生產(chǎn)出接近直拉單晶硅的準(zhǔn)單晶。在不明顯增加硅片成本的前提下，使電池效率提高1%以上。鑄造準(zhǔn)單晶技術(shù)先把籽晶，硅料摻雜元素放置坩堝中，籽晶一般位于坩堝底部。隨后加熱融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降溫，調(diào)節(jié)固液相的溫度梯度，確保單晶從籽晶位置開始生長。這種技術(shù)的難點(diǎn)在于確保在第二步融化硅料階段，籽晶不被完全融化，還有控制好溫度梯度的分布，這個(gè)是提高晶體生長速度和晶體質(zhì)量的關(guān)鍵。雖然鑄造準(zhǔn)單晶技術(shù)已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但是目前仍然存在問題，即鑄錠的良率目前較低，只有大約在40°/Γ60%之間，主要是由于鑄錠邊角多晶的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了鑄錠的利用率。邊角多晶的形成主要與固定側(cè)加熱有關(guān)，導(dǎo)致產(chǎn)生了側(cè)面溫度梯度，側(cè)面溫度梯度的存在導(dǎo)致坩堝邊角部位產(chǎn)生多晶，若能在側(cè)面形成向上溫度梯度，則可以抑制側(cè)面成核，形成全單晶。因此如何減少坩堝側(cè)面的熱傳遞系數(shù)，或者增大坩堝垂直方向的熱傳遞系數(shù)，減小側(cè)面熱傳遞系數(shù)與垂直方向熱傳遞系數(shù)的比例，提高鑄錠的良率，成為一個(gè)需要解決的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服傳統(tǒng)的坩堝護(hù)板因?yàn)楦魺嵝Ч缓枚观釄鍍?nèi)部存在較大側(cè)面溫度梯度導(dǎo)致鑄錠良率較低的問題，本實(shí)用新型提供一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，包括側(cè)板和底板，其特征在于所述側(cè)板分上下兩部分，上半部分由石墨制成，下半部分由隔熱材料制成。優(yōu)選的，隔熱材料可以選用氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅中的任意一種。[0009]作為對本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)的方式，所述底板包括兩部分環(huán)狀邊緣部分和中間部分，環(huán)狀邊緣部分為石墨制成，中間部分由導(dǎo)熱材料制成。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱材料為鑰或者鎢。所述側(cè)板的下半部分的高度和所述底板的中間部分的尺寸由鑄錠晶體的尺寸決定，下半部分的聞度等于鑄淀晶體的聞度，底板中間部分的形狀和面積能夠包覆鑄淀晶體 橫截面。采用本實(shí)用新型所述的鑄造單晶硅的坩堝護(hù)板，可以明顯改善鑄錠硅料內(nèi)部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產(chǎn)生，提高了垂直方向的熱傳遞系數(shù)，有效地抑制了邊角多晶的形成，從而提聞鑄淀的整個(gè)收益率。

圖I示出傳統(tǒng)坩堝護(hù)板的示意圖；圖2示出本實(shí)用新型坩堝護(hù)板的示意圖；圖3示出采用傳統(tǒng)的坩堝護(hù)板的熱傳導(dǎo)示意圖；圖4示出采用本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的熱傳導(dǎo)示意圖；圖5示出本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的側(cè)板和底板的側(cè)視和俯視示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I為傳統(tǒng)坩堝護(hù)板的示意圖，傳統(tǒng)坩堝護(hù)板的底板與側(cè)板均采用石墨作為護(hù)板。圖2為本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的示意圖，本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的底板3和側(cè)板4均采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖3為采用傳統(tǒng)的坩堝護(hù)板的熱傳導(dǎo)示意圖，圖4為采用本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的熱傳導(dǎo)示意圖。鑄造單晶的制備過程如下首先準(zhǔn)備好籽晶與坩堝，將籽晶放在坩堝的底部，然后在籽晶的上方放入多晶硅與母合金，然后將坩堝護(hù)板安裝在坩堝的四周與底部，其中側(cè)板安裝在坩堝的四周，底板安裝在坩堝的底部，然后將其放入鑄錠爐，經(jīng)過加熱、熔化、長晶、退火和冷卻5個(gè)階段后，即可取出鑄錠。但目前由單一石墨材料制成的坩堝護(hù)板由于保溫效果的不好，在鑄錠生長過程中坩堝的邊角部位存在橫向的散熱，即徑向的溫度梯度，從而產(chǎn)生多晶，如圖3所示，因此得到的鑄錠單晶的良率較低。本實(shí)用新型采用復(fù)合式坩堝側(cè)板與底板，如圖2所示的坩堝護(hù)板，包括側(cè)板3和底板4，側(cè)板為四塊尺寸相同的長方形薄板，底板為正方形薄板，構(gòu)成側(cè)板3的長方形薄板的底邊長度與底板4的邊長相等，所述側(cè)板3分上下兩部分，上半部分31由石墨制成，下半部分32由絕熱材料制成。本實(shí)用新型中坩堝I周圍的側(cè)板3采用上下方式組合而成的，上半部分31仍為石墨護(hù)板，不影響加熱過程的傳熱，下半部分32為絕熱材料制成的護(hù)板，由于導(dǎo)熱系數(shù)很小，因此在鑄錠生長過程中，坩堝內(nèi)部硅料2的側(cè)向熱傳遞系數(shù)得到有效的抑制，鑄錠硅料2內(nèi)部幾乎不存在橫向傳熱，因此可以有效地抑制邊角多晶的形成與生長。同時(shí)坩堝底板同樣采用復(fù)合底板，底板4的中間部分42采用傳熱系數(shù)大于石墨的材料制造，環(huán)狀邊緣部分41仍為石墨制造。這樣的底板可以加強(qiáng)坩堝內(nèi)部鑄錠垂直方向的傳熱，增大坩堝垂直方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)，如圖4所示，垂直方向的熱傳導(dǎo)得到加強(qiáng)，而坩堝側(cè)向的熱傳導(dǎo)被削弱，從而加快了鑄錠的生長，提高了達(dá)到節(jié)能降耗的目的。采用本實(shí)用新型所述的用于鑄造單晶硅的坩堝護(hù)板，可以明顯改善鑄錠硅料內(nèi)部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產(chǎn)生，提高了垂直方向的熱傳遞系數(shù)，有效地抑制了邊角多晶的形成，從而提高了鑄錠的整個(gè)收益率。圖5分別給出了本實(shí)用新型鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板的側(cè)板3與底板4的示意圖，側(cè)板的上半部分31和下半部分32的厚度可以一致，以便于制造；下半部分32的隔熱材料可以采用隔熱系數(shù)好而且能耐高溫的材料制成，如氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅等。下半部分32的高度根據(jù)鑄錠的高度調(diào)整，原則上與鑄錠的高度一致，一般鑄造時(shí)，鑄錠的高度為坩堝高度的一半，因此本實(shí)用新型的坩堝護(hù)板的側(cè)板3的上下兩部分的高度比優(yōu)選為1:1。本實(shí)用新型提供的底板4分為環(huán)狀邊緣部分41和中間部分42，環(huán)狀邊緣部分41仍然采用傳統(tǒng)的石墨材料制作，底板的中間部分42的形狀和面積能夠包覆鑄錠單晶硅的橫截面，底板中間部分42的材料采用導(dǎo)熱性能好而且耐高溫的材料制作，鑰和鎢金屬在高溫下不易揮發(fā)和氧化，不會(huì)污染鑄錠，因此作為制作底板中間部分42的優(yōu)選材料。同樣為了制造方便和底板平整度考慮，底板的環(huán)狀邊緣部分41和底板的中間部分42的厚度優(yōu)選是一致的?！ひ陨纤龅膬H為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本實(shí)用新型的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，包括側(cè)板(3)和底板(4)，側(cè)板為四塊尺寸相同的長方形薄板，底板為正方形薄板，構(gòu)成側(cè)板的每塊長方形薄板的底邊長度與底板的邊長相等，其特征在于所述側(cè)板(3)分上下兩部分，上半部分(31)由石墨制成，下半部分(32)由絕熱材料制成。
2.如權(quán)利要求I所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述側(cè)板(3)的上半部分(31)和下半部分(32)的厚度相同。
3.如權(quán)利要求I所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述側(cè)板(3)的下半部分(32)由氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅制成。
4.如權(quán)利要求I所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述側(cè)板(3)的下半部分(32)的高度與鑄錠的高度相同。
5.如權(quán)利要求I所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述側(cè)板(3)的上半部分(31)和下半部分(32)的高度比為1:1。
6.如權(quán)利要求I所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述底板(4)包括環(huán)狀邊緣部分(41)和中間部分(42 )，環(huán)狀邊緣部分(41)為石墨制成，中間部分(42 )由導(dǎo)熱系數(shù)高于石墨的材料制成。
7.如權(quán)利要求6所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述底板(4)的中間部分(42)由金屬鶴或者鑰制成。
8.如權(quán)利要求6所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述底板(4)的環(huán)狀邊緣部分(41)和中間部分(42)的厚度相同。
9.如權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，其特征在于所述底板(4)的中間部分(42)的形狀和面積能夠包覆鑄錠的橫截面。
專利摘要一種鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，包括側(cè)板(3)和底板(4)，側(cè)板為四塊尺寸相同的長方形薄板，底板為正方形薄板，構(gòu)成側(cè)板的長方形薄板的底邊長度與底板的邊長相等，其特征在于所述側(cè)板(3)分上下兩部分，上半部分(31)由石墨制成，下半部分(32)由絕熱材料制成。采用本實(shí)用新型的鑄錠單晶硅的坩堝護(hù)板，可以有效的降低坩堝的側(cè)向熱傳導(dǎo)系數(shù)，提高坩堝垂直方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)，抑制邊角多晶的生成，提高鑄錠的收益率。
文檔編號C30B11/00GK202730295SQ20122043066
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者羅大偉, 林洪峰, 張鳳鳴, 王臨水, 路忠林 申請人:天威新能源控股有限公司