[發明專利]一種晶體硅定向凝固生長設備和方法

有效

• 申請號: 201410666111.6
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104372407A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 李劍
• 申請（專利權）人: 李劍
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B11/00
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 蘇泳生

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技術領域

本發明涉及太陽能光伏多晶鑄錠領域，特別涉及一種晶體硅定向凝固生長設備和方法。

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背景技術

人類社會進入工業文明以來，對于能源的需求日益增長，隨著技術進步以及人口增長，人類能源需求成指數級增長；在過去200年左右的工業化社會的發展過程中，人類的能源主要來自于石油、煤炭以及天然氣等不可再生的化石能源。近年來，化石能源的弊端逐步顯示出來，化石能源資源的有限性導致化石能源的儲量在未來幾十年即將被人類耗盡，另外，化石能源的大規模使用也對人類環境造成了難以逆轉的負面影響。

在當前世界的能源背景下，人類開始開發和利用可替代的能源，因此太陽能、風能等新興可再生能源成為人類關注的焦點。太陽能光伏發電，其能源的可持續性以及對環境的友好性等優點突出，在本世紀近十幾年來迅猛發展，發電成本逐漸接近傳統化石能源所產生的電力，并且在可見的未來能夠進一步降低成本，在能源領域獲得比傳統能源更有競爭力的地位。

目前太陽能光伏發電主要使用晶體硅太陽能電池組件將太陽光轉為電能，晶體硅太陽能電池按襯底有多晶硅和單晶硅兩種，其中多晶硅使用基于定向凝固技術的鑄錠多晶硅晶體生長技術，單晶硅主要包括直拉單晶硅和區熔單晶技術；鑄錠多晶具有低成本、高生產效率的優點，但由于位錯等缺陷的存在，晶體質量低于單晶；單晶的主要特點是晶體質量好，但是生產成本高、生產效率低不利于規模生產。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

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發明內容

本發明的目的是提供一種晶體硅定向凝固生長設備和方法，可用于晶體硅定向凝固生長、硅材料定向凝固提純，以及單晶硅的定向凝固生長。本實用新型能夠實現高質量、高生產效率、低成本的硅晶體生長，有助于太陽能行業對于低成本和高質量并重的追求，有效克服了目前現有技術存在的上述不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種晶體硅定向凝固生長設備，包括融化爐室，所述融化爐室上端設有進料口，所述進料口處設有相匹配的進料閥門，所述進料閥門的下端且位于所述融化爐室內設有熔料坩堝，所述熔料坩堝四周設有加熱器一，并且位于所述熔料坩堝的中部下端設有硅液流動口，所述硅液流動口區域設有相匹配的硅液流量控制閥或硅液流量控制桿，并且所述硅液流動口下端設有硅液噴灑器，所述硅液噴灑器下方設有相匹配的硅錠定向凝固系統；所述硅錠定向凝固系統包括設置于所述硅液流動口與硅液噴灑器之間的加熱器二，并且所述硅液噴灑器下端設有硅錠支撐托盤，所述硅錠支撐托盤四周有環繞有電磁感應器；并且所述電磁感應器的電磁力將設置在所述硅錠支撐托盤內的硅料約束在電磁力的有效范圍內。?

進一步的，所述融化爐室內側設有相匹配的保溫氈一。

進一步的，所述熔料坩堝四周設有相匹配的石墨護板。

進一步的，所述硅液流動口的下端且位于保溫氈一的內側設有相匹配的陶瓷護板。

進一步的，所述硅錠支撐托盤內設有液態硅，并且所述硅錠支撐托盤外設有相匹配的保溫氈二，所述電磁感應器設置于所述保溫氈二的上端和液態硅的四周。

進一步的，所述硅錠支撐托盤上端設有高度護板。?

進一步的，所述高度護板由陶瓷材料制成。

優選的，所述電磁感應器為類圓形或者類方形結構，并且所述電磁感應器的邊長尺寸為10-60cm，工作頻率在1-10MKHz范圍內，工作電流在500-30000A以內，電壓在1-1000V以內。

一種晶體硅定向凝固生長技術，包括：將硅料通過進料口進入到所述融化爐室內部，在熔料坩堝中融化，并且定時向所述熔料坩堝內補充適量的固態硅料；

經過融化后的硅液通過硅液流動口和硅液噴灑器以一定速率并以360度角度流入到下方的硅錠定向凝固系統進行凝固、長晶過程；

其中，在凝固和長晶過程中，由于所述硅錠支撐托盤四周有環繞有電磁感應器，所述電磁感應器的電磁力將設置在所述硅錠支撐托盤內的硅料約束在電磁力的有效范圍內；熔硅在凝固過程中自下而上定向凝固，同時，所述硅錠支撐托盤以一定的速率下拉，以確保晶硅生長時固液界面維持在穩定的高度；

當晶體生長的重量達到設定重量后，停止加入硅料，繼續底部硅錠的生長，直至結束；

最后，緩慢冷卻硅錠，并取出。

進一步的，在硅液流動過程中，可通硅液流量控制桿或硅液流量控制閥控制液態硅的流量；

進一步的，在融化硅料過程中，所述加熱器二維持系統預設的特定溫度，以確保定向凝固所需的溫度梯度。