[發(fā)明專利]一種高效型多晶硅錠的鑄造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410448474.2
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104195632A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 郭寬新;孫海知;潘歡歡;張斌;邢國強
• 申請（專利權(quán)）人: 奧特斯維能源（太倉）有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 劉燕嬌

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光伏技術(shù)領域，具體涉及一種提高多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的鑄錠方法。

背景技術(shù)

在化石能源逐漸枯竭、環(huán)境日益惡化的今天，太陽能發(fā)電成為人類未來替代能源的希望。晶體硅太陽電池憑借其高效率和高穩(wěn)定性成為最有優(yōu)勢的一種太陽能發(fā)電裝置，其中多晶硅電池具有較高的性價比，成為當前市場上占據(jù)80％以上的份額，但目前太陽能電池技術(shù)還不成熟，光電轉(zhuǎn)換效率較低，發(fā)電成本較高等短板制約了太陽能電池大規(guī)模推廣應用。因此提高電池光電轉(zhuǎn)換效率和降低電池制造成本是目前光伏行業(yè)亟待解決的問題。

現(xiàn)有的多晶硅太陽電池是在多晶硅片基底上制得，但多晶硅晶體缺陷，可嚴重降低太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。用于切割多晶硅片的硅錠主要采用定向凝固的方法制得，但該方法制得的晶體生長過程控制困難，硅錠體積大，容易導致硅錠內(nèi)部熱應力較大，當熱應力大于晶體的剪切強度，應力便以形成晶體缺陷的方式釋放，嚴重降低了太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。

目前已有一些方法，如專利CN?102826737A提供了一種底部粗糙化處理的石英坩堝，利用粗糙的坩堝底面促進晶體形核，細化晶粒。但是，粗糙化處理的坩堝噴涂氮化硅涂層后，氮化硅涂層直接與硅液接觸，由于氮化硅涂層與硅液沒有浸潤性，不能起到形核中心的作用，因此，該方法對晶粒形貌改善效果并不理想。

專利CN102776557A提出了一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，用碎硅料鋪在坩堝底部作為籽晶，促進形核，硅料融化后，調(diào)整工藝保持碎硅料部分融化，晶體以未融化硅料為籽晶向上生長，得到高質(zhì)量的硅錠，但是該方法由于底部有未融化的硅料，硅錠雜質(zhì)率較高，鑄錠的成品率較低，且該方法需要精確控制籽晶的剩余量，目前還無法實現(xiàn)自動控制，只能靠人工用石英棒探測，籽晶剩余量控制不穩(wěn)定，很難實現(xiàn)全面推廣。

故需要一種新的技術(shù)方案，來提高多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種高效型多晶硅錠的鑄造方法，能夠減少晶體缺陷的產(chǎn)生，從而有效提高電池轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種高效型多晶硅錠的鑄造方法，包括以下步驟：

1)將鑄錠用石英坩堝正常的配置氮化硅進行正常的噴涂，將噴涂好的坩堝備用。

2)制備形核劑：將鍺粉和氮化硅粉混后加入純水和有機溶劑，攪拌均勻得形核劑懸濁液，將形核劑噴涂到1)所述待用的石英坩堝底部；

其中鍺粉含量占總質(zhì)量的20％-80％，其余為氮化硅粉；

其中所述的有機溶劑為酒精或者乙二醇，所述純水與有機溶劑體積比為24:1-43:1；

3)保持石英坩堝溫度為20-100℃直至步驟1)中的形核劑完全干燥；

4)增大石英坩堝頂?shù)诇囟炔睿拐麪t硅料從上部硅料開始熔化直至全部熔化，熔化后的硅料進行長晶、冷卻，完成鑄錠。

本發(fā)明通過采用鍺粉與氮化硅混合形成形核劑，由于鍺與硅同為一族，且均為半導體，但由于其原子大小不同，一定含量的鍺原子，在硅晶體中形成間隙位和替代位，能夠有效降低位錯密度，提高硅片品質(zhì)；同時本發(fā)明通過調(diào)整鑄錠工藝，使整爐硅料熔化從上部硅料開始熔化直至底部熔化完成，促進含鍺氮化硅成為晶體初期生長的形核中心。

本發(fā)明的純水用量以能夠配成均勻的形核劑懸濁液且保證形核劑懸濁液能夠正常噴涂即可，本發(fā)明采用的氮化硅粉為光伏行業(yè)正常使用的市售氮化硅粉。

本發(fā)明所述的方法將鍺粉和氮化硅粉混合形成形核劑，噴涂到坩堝底部，在長晶初期起促進成核的作用，形成大量晶粒，晶粒在向上生長的同時，橫向生長得到制約，最終獲得晶粒體積較小，大小均勻，邊界圓潤的硅錠。在晶體生長過程中，鍺金屬在硅液中滿足定向凝固，在整個晶體中有序分布，由于原子大小差異，使得晶界分布更加均勻，硅錠內(nèi)部的熱應力通過晶界得到釋放，從而減少位錯等晶體缺陷的產(chǎn)生。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟1)中的石英坩堝為石英陶瓷坩堝，在形核劑噴涂前，對所述石英陶瓷坩堝底部進行粗糙化處理，并在其內(nèi)壁噴涂氮化硅涂層，通過將坩堝底部進行粗糙化處理，能夠利用粗糙的坩堝底部促進晶體形核，細化晶粒，提高本發(fā)明的鑄錠品質(zhì)。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的步驟1)中的鍺粉純度大于99.99％，粒徑小于200um，能有效保證硅錠純度和形核劑的正常噴涂。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，本發(fā)明所述的鍺粉重量占硅料重量的0.01％-0.5％，保證鍺粉在開始形核時起到形核作用，并在硅晶體中具有一定的濃度，有效實現(xiàn)降低位錯密度。