[發明專利]太陽能電池用的多晶硅錠的高輸出制造設備

有效

• 申請號: 201180021330.3
• 申請日: 2011-04-05
• 公開（公告）號: CN102934239A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 文相珍;蘇源郁;具明會;樸東淳
• 申請（專利權）人: 韓國化學研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/042
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 梁興龍;武玉琴

技術領域

本發明涉及多晶硅錠的高輸出制造設備，更具體地說，涉及太陽能電池用的多晶硅錠的高輸出制造設備，該設備包括多個坩堝，熔融并定向地冷卻裝入所述多個坩堝的原料硅，能夠在制造一個錠所需的一般時間內同時制造若干個錠。?

背景技術

近年來，由于諸如無污染、安全、高性能以及可靠性等優點，利用晶體硅太陽能電池的太陽能光伏發電通過了測試階段并且到達商業化階段。?

因此，在諸如德國、日本和韓國等幾個國家中，太陽能光伏發電的高容量達到了幾千至幾萬kW。?

目前，通常利用通過Czochralski方法生產的單晶硅錠與通過Bridgman方法生產的多晶硅錠中的一者來制造用于太陽能光伏發電的太陽能電池。為了持續提高大的容量和經濟上的可行性，應當考慮進一步降低硅錠和基材的成本并且提高產量。?

在這種情況下，具體地說，進行了大量的努力來有效地生產多晶硅錠，與單晶的性質相比，多晶硅錠的性質沒有大幅度下降，從而能夠降低成本。?

太陽能電池用的多晶硅錠的制造主要具有“定向凝固”的性質。?

使用石英和石墨中的一者制造的坩堝裝有太陽能電池用的原料硅。原料硅在1420°C或更高的溫度下熔融，并且沿著朝向坩堝底部的確定方向去除硅的凝固熱，因而凝固從坩堝底部到坩堝頂部蔓延，這就是定向凝固過程。?

由良好控制的定向凝固過程獲得的錠具有柱狀結構，其中大部分的?單晶柱沿著一個方向相互連接，從而在制造與晶體生長方向垂直的基材時，提供能夠朝著電極收集由光產生的電子而沒有損失的結構，這與單晶的情況相同。?

商業規模的太陽能電池用的普通多晶硅錠的尺寸大約400-450kg。為了體現高質量，在批次中一次性逐一制造普通多晶硅錠。通常，需要持續兩天或更久的長期過程、大量的功耗以及昂貴的設施成本。?

技術核心是通過使原料硅熔融并定向凝固來制造適合太陽能電池用的多晶硅錠，其晶體結構為柱狀結構，晶粒大小很大，具有很高的質量，其中結晶缺陷和雜質足夠少。?

為了體現這一點，需要使下列項目的優化設計與過程中的變量(例如，硅的熔融和凝固速度以及熱處理速度)的優化相結合，這些項目包括：形成錠制造裝置的熱區的加熱器、隔熱器、用于定向凝固的底部熱量傳遞系統、惰性氣體、真空系統、帶涂層的坩堝和防止熔融硅泄漏的系統。?

本領域的技術發展已經集中在通過改進設備和方法來體現錠的質量而且還提高產量和經濟可行性。?

在這種情況下，當前技術發展的主要方向在于進一步增加在批次中一次性生產的錠的尺寸。然而，作為提高產量并降低成本的另一種方式，可以考慮在批次中一次性生產多個錠的方式。因此，本發明的一個方面是提供一種用于制造錠的新型設備和該設備的使用方法，其中該設備能夠在同一處理時間同時生產多個錠，并且還提供根據本發明的附加技術。?

發明內容

技術問題?

當在批次中一次性生產多個錠而不增加各個批次的一般處理時間時，不僅可以大幅降低整個設施的成本，而且還可以大幅降低熔融硅、凝固硅和熱處理硅的操作成本。為了在技術上體現這一點，需要解決以下新問題。?

第一，需要在多個錠中提供相同質量的均勻性。?

一般來說，因為利用通過分割一個大尺寸多晶硅錠而形成的若干小尺寸塊來制造太陽能電池用的多晶硅基材，所以重要的是降低各個小塊之間的質量差異。?

當一次性制造多個錠時，需要保持設施和過程的所有要素對稱相同以降低多個錠之間的質量差異。?

第二，需要降低操作多個坩堝的危險性并且提供設施和設施操作員的安全性。?

通常使用的由石英和石墨中的一者形成的坩堝在根據本發明以1500°C高溫、大幅溫度變化以及真空與惰性氣氛之間的大幅壓力變化來制造多晶硅錠的環境中可能會偶爾破裂，從而使熔融硅液體泄漏。?

在這種情況下，在與設施或隔熱器內部的金屬表面接觸時可能會出現很大的安全性問題。?

在高溫硅液體與鋼制腔室的內部直接接觸時，由于表面損壞引起的泄漏和冷水迅速蒸發的原因，所以存在設施爆炸的危險。?

在普通的單錠制造設備中也可能會出現這些問題，因而停止設備的操作來防止危險。然而，在根據本發明的多個坩堝的情況下，由于同時廢棄正常坩堝，所以產量等級降低。?

因此，盡管多個坩堝中的一個坩堝存在問題并且發生硅泄漏，但是需要維持其他坩堝中的錠直到過程結束以減少產量等級的下降，并且還需要將泄漏的硅隔離和保持在損壞坩堝的底部以使其凝固和安全直到過程結束。?