一種多晶硅錠制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)方法。利用多晶硅鑄錠爐六面加熱的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，精確控制加熱和融化過(guò)程熱場(chǎng)溫度，優(yōu)化溫度梯度，獲得硅晶體定向生長(zhǎng)的最佳固液界面和長(zhǎng)晶速率，從而獲得具有特定取向的晶體硅錠。得到的晶體尺寸均勻、大小一致，且能有效改善硅晶體內(nèi)部缺陷分布，顯著提高硅片的少子壽命值，從而提高最終太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率0.3%-0.5%。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多晶硅錠制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]定向凝固方法制備的多晶硅因其在規(guī)?；a(chǎn)和成本上的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)超過(guò)50%的光伏市場(chǎng)份額。但因存在較多晶界等缺陷，使得如何研發(fā)新工藝提高鑄錠多晶硅品質(zhì)成為未來(lái)發(fā)展的方向。
[0003]從定向凝固技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，以美國(guó)GT Advanced Technology公司為代表成為主流。最初是柱狀生長(zhǎng)的多晶硅，后來(lái)發(fā)展到類(lèi)單晶，這種技術(shù)首先由BP公司發(fā)明并取得國(guó)際專(zhuān)利，采用這種方法的弊端首先是成本較高，需要在坩禍底部鋪設(shè)單晶籽晶，另外多晶硅錠的一次利用率較低。因此，類(lèi)單晶技術(shù)在風(fēng)行了幾年之后，逐漸銷(xiāo)聲匿跡了。
[0004]和類(lèi)單晶類(lèi)似的是大晶粒技術(shù)，以日本、臺(tái)灣的一些實(shí)驗(yàn)室為主要研宄機(jī)構(gòu)，利用枝狀晶技術(shù)，制造具有顯著大尺寸晶粒的多晶硅。該項(xiàng)技術(shù)制作的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率要比普通電池高出至少0.5%。該技術(shù)用以控制長(zhǎng)晶初期的晶向，因其初始形核階段的溫度梯度難以控制且效率提升效果不明顯，該技術(shù)并沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。
[0005]最近幾年，出現(xiàn)了高效多晶技術(shù)，該類(lèi)多晶硅片的外觀(guān)顯著特征是晶粒大小特別均勻，一般的直徑約為5?1mm左右。用該類(lèi)多晶硅片制成的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率比用普通多晶硅片制成的太陽(yáng)電池要高0.3%?0.8%。2012年報(bào)道，宜昌南玻公司成功研制出尚效多晶娃片，具有晶粒粒徑均勾、少子壽命尚等優(yōu)點(diǎn)，該娃片制成的太陽(yáng)能電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.1%?17.5% ;賽維LDK高效多晶硅片M2，晶粒較小，位錯(cuò)等缺陷較少，制成的太陽(yáng)能電池平均轉(zhuǎn)換率比用普通多晶硅片高0.3%-0.5% ;保利協(xié)鑫能源研發(fā)出高效多晶硅片鑫多晶SI+，S2，S3具有碳、氧及金屬雜質(zhì)濃度低、少子壽命高等特點(diǎn)；臺(tái)灣旭晶也報(bào)道了他們生產(chǎn)的多晶硅片的可以使電池效率達(dá)到17.5%。另外還有新日光的A+++硅片等等。目前該工藝成為高效硅片發(fā)展的主要方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何提高多晶硅晶錠晶粒尺寸的均勻性。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種多晶硅錠制備方法，按照如下步驟進(jìn)行:
步驟一、將報(bào)廢硅片，在清洗潔凈后，通過(guò)加工和篩網(wǎng)分選得到直徑為4-6_碎硅片； 步驟二、把碎硅片在坩禍裝料前均勻鋪在石英坩禍底部，碎硅片上面用大塊邊皮料、頭尾料覆蓋，然后把硅片生產(chǎn)原料加入石英坩禍，把石英坩禍投放到多晶硅鑄錠爐里；
步驟三、在化料過(guò)程中，控制頂部溫區(qū)溫度為1550°C、側(cè)面溫區(qū)溫度從上到下成梯度從1550°C到1316°C、底部溫區(qū)溫度1316°C，使硅料融化過(guò)程中從坩禍頂部向坩禍底部融化；步驟四、采用長(zhǎng)晶速率測(cè)試裝置，實(shí)時(shí)測(cè)試硅料融化情況，在距離坩禍底部20mm時(shí)結(jié)束化料，進(jìn)入長(zhǎng)晶階段；
步驟五、在長(zhǎng)晶階段，以碎硅片作為籽晶，通過(guò)調(diào)節(jié)上錫池、下錫池、以及錫液流速，使坩禍內(nèi)部形成縱向的溫度梯度、橫向等溫的溫度環(huán)境，控制以1.3±0.lcm/h的速率穩(wěn)定生長(zhǎng)，獲得柱狀多晶硅錠。
[0008]作為一種優(yōu)選方式，步驟二中多晶硅鑄錠爐通過(guò)錫液對(duì)石英坩禍加熱，石英坩禍柱面盤(pán)繞有耐火管，石英坩禍上頂面有上錫池，石英坩禍下底面有下錫池，上錫池和下錫池通過(guò)加溫池連接，石英坩禍表面上有多個(gè)測(cè)溫裝置，錫液從上錫池通過(guò)耐火管流入下錫池，耐火管上有流量調(diào)節(jié)閥門(mén)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法生產(chǎn)出來(lái)的多晶硅錠切成硅片后，硅片缺陷密度低，做成電池后，轉(zhuǎn)換效率比普通多晶硅片的效率高0.5%以上。采用本發(fā)明方法鑄錠，由于采用的是報(bào)廢的碎硅片無(wú)需外購(gòu)其它物料，成本與主流鑄錠方法相當(dāng)，但是位錯(cuò)密度會(huì)大大降低、硅錠缺陷少、質(zhì)量得到大幅度提高。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的多晶硅鑄錠爐內(nèi)部加熱裝置示意圖；
其中，1、石英坩禍，2、耐火管，3、上錫池，4、下錫池，5、加溫池。

【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明多晶硅鑄錠爐內(nèi)部加熱裝置通過(guò)錫液進(jìn)行加熱，可以通過(guò)上錫池、下錫池精確頂部溫區(qū)溫度和底部溫區(qū)溫度，同時(shí)在石英坩禍柱面形成從上到下的溫度梯度，具體生產(chǎn)步驟如下:
步驟一、將報(bào)廢硅片，在清洗潔凈后，通過(guò)加工和篩網(wǎng)分選得到直徑為4-6_碎硅片；步驟二、把碎硅片在坩禍裝料前均勻鋪在石英坩禍底部，碎硅片上面用大塊邊皮料(硅片生產(chǎn)過(guò)程表面材料)、頭尾料覆蓋，防止在化料過(guò)程中碎硅片上浮，然后把硅片生產(chǎn)原料加入石英坩禍，把石英坩禍投放到多晶硅鑄錠爐里；
步驟三、在化料過(guò)程中，控制頂部溫區(qū)溫度為1550°C、側(cè)面溫區(qū)溫度從上到下成梯度從1550°C到1316°C、底部溫區(qū)溫度1316°C，使硅料融化過(guò)程中從坩禍頂部向坩禍底部融化；步驟四、采用長(zhǎng)晶速率測(cè)試裝置，實(shí)時(shí)測(cè)試硅料融化情況，在距離坩禍底部20mm時(shí)結(jié)束化料，進(jìn)入長(zhǎng)晶階段；
步驟五、在長(zhǎng)晶階段，以碎硅片作為籽晶，通過(guò)調(diào)節(jié)上錫池、下錫池、以及錫液流速，使坩禍內(nèi)部形成縱向的溫度梯度、橫向等溫的溫度環(huán)境，控制以1.3±0.lcm/h的速率穩(wěn)定生長(zhǎng)，獲得柱狀多晶硅錠。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明所使用的多晶硅鑄錠爐通過(guò)錫液對(duì)石英坩禍加熱，石英坩禍柱面盤(pán)繞有耐火管，石英坩禍上頂面有上錫池，石英坩禍下底面有下錫池，上錫池和下錫池通過(guò)加溫池連接，石英坩禍表面上有多個(gè)測(cè)溫裝置，錫液從上錫池通過(guò)耐火管流入下錫池，耐火管上有流量調(diào)節(jié)閥門(mén)。本發(fā)明多晶硅鑄錠爐可以實(shí)現(xiàn)梯度升溫和降溫，有利于晶體的規(guī)則成長(zhǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅錠制備方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行: 步驟一、將報(bào)廢硅片，在清洗潔凈后，通過(guò)加工和篩網(wǎng)分選得到直徑為4-6_碎硅片；步驟二、把碎硅片在坩禍裝料前均勻鋪在石英坩禍底部，碎硅片上面用大塊邊皮料、頭尾料覆蓋，然后把硅片生產(chǎn)原料加入石英坩禍，把石英坩禍投放到多晶硅鑄錠爐里； 步驟三、在化料過(guò)程中，控制頂部溫區(qū)溫度為1550°C、側(cè)面溫區(qū)溫度從上到下成梯度從1550°C到1316°C、底部溫區(qū)溫度1316°C，使硅料融化過(guò)程中從坩禍頂部向坩禍底部融化；步驟四、采用長(zhǎng)晶速率測(cè)試裝置，實(shí)時(shí)測(cè)試硅料融化情況，在距離坩禍底部20mm時(shí)結(jié)束化料，進(jìn)入長(zhǎng)晶階段； 步驟五、在長(zhǎng)晶階段，以碎硅片作為籽晶，通過(guò)調(diào)節(jié)上錫池、下錫池、以及錫液流速，使坩禍內(nèi)部形成縱向的溫度梯度、橫向等溫的溫度環(huán)境，控制以1.3±0.lcm/h的速率穩(wěn)定生長(zhǎng)，獲得柱狀多晶硅錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅錠制備方法，其特征在于:步驟二中多晶硅鑄錠爐通過(guò)錫液對(duì)石英坩禍加熱，石英坩禍柱面盤(pán)繞有耐火管，石英坩禍上頂面有上錫池，石英坩禍下底面有下錫池，上錫池和下錫池通過(guò)加溫池連接，石英坩禍表面上有多個(gè)測(cè)溫裝置，錫液從上錫池通過(guò)耐火管流入下錫池，耐火管上有流量調(diào)節(jié)閥門(mén)。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK104499046SQ201410770467
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】高明霞, 董建明, 劉進(jìn), 朱遠(yuǎn)國(guó), 康勇, 張 杰, 馮宜平 申請(qǐng)人:山西潞安太陽(yáng)能科技有限責(zé)任公司