[發明專利]一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置

無效

• 申請號: 200910112125.2
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101660209A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 鄭智雄;張偉娜;趙志躍;程香;汪健;南毅;林禹
• 申請（專利權）人: 南安市三晶陽光電力有限公司
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/06
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置。

背景技術

2005年以前，全世界每年消耗2萬噸左右半導體級多晶硅，太陽能電池消耗約 8000-9000噸多晶硅，其比例是2∶1，但是，2005年以來，這個比例發生了變化，太陽能 電池的使用量大大增加，半導體多晶硅的增長幅度為5％左右，而太陽能電池用多晶硅的 幅度為30％左右。2005年，世界多晶硅為2.88萬噸，比2004年增長5％。據專家預測， 2009年世界多晶硅的年需求量將達到6.5萬噸，太陽能電池多晶硅將超過半導體級多晶 硅需求量。

1975年，Wacker公司首創了澆鑄法制多晶硅材料，其后，許多研究小組先后提出了 多種鑄造工藝。這些鑄造工藝主要分為兩種方式：一種方式是在一個石英坩堝內將多晶硅 熔化，而后澆鑄到石墨模具中；另一種方式是在同一個坩堝內熔化后采用定向凝固的方法 制造多晶硅。其中后一種方式所制出的多晶硅質量較好。用定向凝固法制多品硅的原理是， 嚴格控制垂直方向上的溫度梯度，使固液界面盡量平直，從而生長出取向較好的柱狀多晶 硅，其電學性能均勻。與單晶硅不同，鑄造出的多晶硅呈長方體，除去極少量的邊角料， 再采用線切割，昂貴的材料損失就少多了，其成本自然很低，故得到廣泛重視.

鑄造多晶硅材料已經取代了直拉單晶硅材料成為最主要的太陽能電池材料，但是市場 的競爭促使鑄造多晶硅材料的生長工藝需要不斷地革新。低成本和高效率是太陽能電池工 業得以長時間可持續發展的兩個根本條件，這就要求鑄造多晶硅硅片的成品率高以及鑄造 多晶硅材料中具有電學活性的雜質濃度較低。所以，鑄造多晶硅材料的發展趨勢便是大體 積化和盡可能增加硅錠的有效利用體積。

但是，目前，冶金法制備太陽能級多晶硅時始終面臨著多晶硅鑄錠冷卻過程中開裂的 問題，因為與大多數金屬在凝固時體積發生收縮不同的是，金屬硅在凝固過程中體積膨脹 10％左右。另外，由于制造鑄造多晶硅的原料主要為微電子工業剩下的頭尾料，所以其體 內的雜質含量很高。其次，鑄造過程中產生大量的應力，可能導致大量位錯產生。

發明內容

本發明的目的在于提供一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置。

本發明提供的技術方案如下：

一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于：將多晶硅鑄錠從爐內取出后，立即放 置于一個與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內，自然放置3天～30天后取出；取出后立即 去除邊皮，并破成標準方錠保存。

所述的標準方錠為156mm×156mm×260mm，當然，根據切片需要，也可以是其它形狀 的長方體。

前述的多晶硅鑄錠出爐時的溫度為200～300℃。

更佳的，前述的自然放置時間為10～20天。

一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，包括一保溫罩及一手車，其特征在于：所述的 保溫罩設置在手車上，其由普通鍍鋅鋼管制成，內側有一石墨碳氈層；所述的保溫罩形狀 為與多晶硅鑄錠形狀相配合的六面體結構，每相鄰的面為可拆卸連接；所述的手車包括一 用于放置保溫罩的平板，一裝于平板后側邊緣的用于推動的手柄部，以及位于平板底部的 滾輪。

所述的保溫罩固定連接或可拆卸地連接于所述手車裝置的平板上。

所述的石墨碳氈層厚度為10mm～100mm。

本發明原理：多晶硅鑄錠是采用定向凝固的方法制備而成的。晶體呈柱狀晶由底部向 頂部生長，晶體缺陷易集中于晶界處。整個多晶硅鑄錠在定向凝固過程中，微量雜質由底 部向頂部移動，故頂部雜質最多。若多晶硅取出后，直接在空氣中冷卻，冷卻速度不均勻， 四周及頂部邊皮處冷卻最快，內部熱應力迅速向四周及頂部擴散，在晶界及雜質點擴散不 均勻。且多晶硅的性質為：熱縮冷漲。四周及底部溫度低，晶體出現膨脹力，內部溫度高， 出現收縮力，故應力易于集中于晶體內部，此時切片會導致碎片率提高。隨著鑄錠放置的 時間增長，內部應力再緩慢向四周擴散，若擴散不均勻直接導致晶體開裂或切片率增加， 若均勻擴散，擴散至頂部時，遇到大量密集的雜質，尤其在鑄錠的頂部雜質聚集較多，會 直接導致頂部開裂。由于鑄錠中多晶硅呈柱狀生長，不及時處理頂部開裂，裂紋會由頂部 延伸至底部，造成巨大損失。

圖1說明：將鑄錠剛剛取出放置于空氣中時，四周溫度低，應力為膨脹力；中心溫度 高，應力為收縮力，故應力集中于中心部位，易導致鑄錠開裂或切片時碎片率高。