[發明專利]提高多晶硅片轉換效率的多晶鑄錠工藝

有效

• 申請號: 201310251678.2
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103590102A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 楊平;王啟陽
• 申請（專利權）人: 橫店集團東磁股份有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及太陽能電池鑄錠技術領域，具體涉及一種提高多晶硅片轉換效率的多晶鑄錠工藝。

背景技術

多晶鑄錠是采用熱交換法使用鑄錠爐將硅料熔化為液體后定向生長重新結晶。由于定向凝固只能是單方向散熱，橫向不能散熱，即橫向溫度梯度趨于零，而坩堝和加熱器又固定不動，因此隨著凝固的進行，熱場的等溫度線會逐步向上推移，同時又必須保證無橫向熱流。液-固界面逐步向上推移時，但隨著界面逐步向上推移，溫度梯度逐步降低直至趨于零。由于多晶鑄錠在光伏行業中硅片占有很大一部分成本，因此在整個光伏行業為降低各環節生產成本的前提下，提高硅片的轉換效率是更好的降低成本的一個很好的解決途徑。同時，在目前多晶鑄錠硅片都在以高效多晶硅片為發展方向，以提高轉換效率為目標。但是目前的多晶鑄錠制備的多晶硅片普遍存在轉換效率不高的問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服目前的多晶鑄錠制備的多晶硅片普遍存在轉換效率不高的問題，提供一種提高多晶硅片轉換效率的多晶鑄錠工藝。通過該工藝，消除了鑄錠爐子熱場橫向溫度梯度對長晶的不利影響，同時保證了長晶速度的均衡、穩定和垂直長晶，從而極大地提高了多晶硅片的轉化效率，進而間接地降低了光伏行業中的生產成本。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種提高多晶硅片轉換效率的多晶鑄錠工藝，包括坩堝噴涂、裝料、熔化和晶體生長，晶體生長包括長晶初期、長晶中期和長晶后期，長晶初期，控制隔熱籠的打開速度為0.003-0.15cm/min，持續時間為30-180min，使隔熱籠的開度達到3-8cm；長晶中期，控制隔熱籠的打開速度為0.0075-0.009cm/min，持續15-30h；長晶后期，控制隔熱籠的打開速度為0.004--0.006cm/min，持續直到中心長晶結束，使隔熱籠的開度達到15-20cm。

由于多晶硅錠是一種柱狀晶，晶體生長方向垂直向上，是通過定向凝固過程來實現的，且在結晶過程中，通過控制溫度場的變化，形成單方向熱流，因此在晶體生長過程中，散熱的控制以間接控制溫度和降溫速率尤為關鍵。本發明的工藝通過對隔熱籠的打開速度的嚴格控制，從而控制散熱，進而控制溫度場的變化，為晶體生長提供最適合的環境，從而提高晶體的質量，使得得到的多晶硅片的轉化效率得到更好的提升。

對于散熱、溫度以及降溫速率的控制，具體如下：長晶初期快速打開隔熱籠可以形成較大的縱向溫度梯度從而促使長晶，同時快速打開可以使溫度快速散熱可以使底部引導長晶的碎料合理的引導我們所要求的低位錯和低缺陷的晶粒。在長晶初期引導好晶粒后，中期就要求溫度和熱場穩定，以保持晶粒持續生長，達到形成低位錯和低缺陷的晶粒的目的。而在長晶在后期溫度控制是為使晶粒在頂部同樣達到低位錯和均勻的晶粒，從而更有效控制長晶過程。

作為優選，所述長晶初期的溫度控制為1410-1440℃。此溫度可以促使快速長晶，并更好地引導晶粒的生長，穩定的溫度和穩定熱場能夠更好的控制生長速度。

作為優選，所述長晶中期結束后的溫度控制為1405-1430℃。中期需要穩定的溫度和穩定熱場以利于晶粒的生長和持續，從而與初期溫度配合和延續。

作為優選，所述長晶后期結束后的溫度控制為1400-1423℃。為完成長晶及后續長晶對雜質和缺陷的控制要對溫度進行控制。

作為優選，所述長晶初期的溫度控制為1435-1440℃，長晶中期結束后的溫度控制為1420-1430℃，長晶后期結束后的溫度控制為1410-1420℃。平緩的溫度降低可以更好的促使結晶，使結晶后的晶體位錯更低，且缺陷更少。

作為優選，所述熔化時控制爐體內溫度為1550℃，爐底溫度為1300-1380℃。

控制爐體內溫度為1550℃以熔化硅料，如果溫度過高，會導致爐子超溫報警而停止運行并帶來安全風險；如果溫度低，會導致化料的時間長浪費電；爐底溫度控制在1300-1380℃，是為了保持爐底的硅料不熔化，目的是為了使我們預留在底部的晶種能更好的引導長晶和控制晶粒要求，從而減少位錯和缺陷；如果爐底溫度過高，會使底部硅料熔化，影響后續的結晶，如果爐底溫度過低，會出現晶粒沒有受到控制，出現高位錯和高缺陷的晶粒從而降低轉換效率；

作為優選，所述裝料時，預先在硅料底部放置一層氧化鋁晶體顆粒、SiC或單晶片。