[發(fā)明專利]一種多晶硅錠的鑄造方法

有效

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• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104562193B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常傳波;楊振幫;袁聰;馮琰
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州榮德新能源科技有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11225
• 代理人: 朱梅,師楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多晶硅太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多晶硅錠的鑄造方法。

背景技術(shù)

近年來隨著不可再生能源的日益枯竭，太陽能電池得到了快速的發(fā)展。伴隨著太陽能電池業(yè)的快速發(fā)展，成本低且適于規(guī)模化生產(chǎn)的多晶硅逐步取代直拉單晶硅在太陽能電池材料市場中的主導(dǎo)地位，成為行業(yè)內(nèi)最主要的光伏材料之一。但是鑄造多晶硅中的各種缺陷，如晶界、位錯(cuò)、微缺陷和材料中的雜質(zhì)碳和氧，使多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率低于直拉單晶硅太陽能電池，從而成為了限制多晶硅太陽能電池發(fā)展的瓶頸。因此，提高多晶硅片的電池轉(zhuǎn)換效率以降低電池和組件的成本，必將成為多晶硅鑄錠技術(shù)的發(fā)展方向。

目前，多晶硅錠的制備主要采用定向凝固系統(tǒng)法晶體生長技術(shù)，該方法通常包括加熱、融化、長晶、退火和冷卻等步驟。在初期長晶過程中，伴隨著隔熱籠的打開，坩堝底部的持續(xù)冷卻，熔融狀態(tài)的硅料自發(fā)形成隨機(jī)形核并且隨機(jī)形核逐漸生長。但由于坩堝底部各區(qū)域冷卻程度不均，形核過程中，導(dǎo)致晶粒不均勻、晶向雜亂，容易產(chǎn)生位錯(cuò)，因此通過該方法制備得到的多晶硅錠質(zhì)量較低，從而利用該多晶硅錠制得的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低。因此，為了制得位錯(cuò)密度低、缺陷少的高質(zhì)量多晶硅錠，一種能有效獲得良好初始形核，并在后續(xù)生長過程中有效保持初始成核晶粒尺寸和晶向，減少位錯(cuò)繁衍的多晶硅錠鑄造方法變得很重要。

目前市場上各大公司均在從事高效多晶的研究，其主要方法是通過高效坩堝進(jìn)行成核的控制，但高效坩堝成本高，且容易造成氧含量超標(biāo)。

因此，需要找到一種既能夠提高所鑄造的多晶硅錠的質(zhì)量，又能夠降低生產(chǎn)成本，且防止高效坩堝造成的氧含量超標(biāo)的多晶硅錠的鑄造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)中的多晶硅錠的鑄造方法容易導(dǎo)致晶粒不均勻、晶向雜亂，容易產(chǎn)生位錯(cuò)，從而利用該多晶硅錠制得的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低，且市場中的高效坩堝成本高，容易造成氧含量超標(biāo)的問題，提供了一種多晶硅錠的鑄造方法。

為了解決上述問題，本申請發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)研究后發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)鑄錠工藝的長晶階段之前的融化階段，判斷硅料漂起后，即進(jìn)行開籠冷卻，使坩堝底部的硅溶液急冷成核，此時(shí)硅料剛剛漂起，硅液潛熱一致，坩堝底部各區(qū)域溫度也基本一致，通過快速冷卻，增加成核數(shù)量，可有效的形成均勻一致的晶粒。甚至在僅使用普通坩堝的情況下，所制備的多晶硅錠的質(zhì)量也會有大幅度提升，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種多晶硅錠的鑄造方法，包括：

步驟A)：裝料，即將硅料裝填入噴涂有氮化硅涂層的坩堝中；

步驟B)：加熱，即使用多晶爐對步驟A)所得坩堝進(jìn)行加熱；

步驟C)：融化成核，即通過加熱使坩堝中的硅料融化，當(dāng)硅料從坩堝底部漂起時(shí)立即進(jìn)行開籠冷卻，以形成晶核；和

步驟D)：長晶，即使步驟C)中得到的晶核進(jìn)行生長。

更具體地，本發(fā)明的多晶硅錠的鑄造方法為，包括以下步驟：

步驟A)：將硅料裝填入噴涂有氮化硅涂層的坩堝中；

步驟B)：對步驟A)中得到的坩堝進(jìn)行加熱至1500～1530℃；

步驟C)：將步驟B)中得到的坩堝升溫至1550～1560℃,當(dāng)硅料從坩堝底部漂起時(shí)，打開隔熱籠至隔熱籠最大開度的1/2～1/3，并將溫度設(shè)定下調(diào)5～10℃，保持該隔熱籠開度和下調(diào)后的溫度設(shè)定10～30分鐘，將溫度設(shè)定升至1550～1560℃并降低隔熱籠開度至隔熱籠最大開度的1/5～1/10，繼續(xù)以1550～1560℃的溫度設(shè)定融化5～7小時(shí)，然后再次提升隔熱籠開度至上一開度的1.6～1.8倍并將溫度設(shè)定為1520～1530℃,保持該隔熱籠開度和1520～1530℃的溫度設(shè)定至漂浮在表面的硅料融化，進(jìn)入融化結(jié)束階段，繼續(xù)保持該隔熱籠開度和1520～1530℃的溫度設(shè)定至晶體高度為1～2cm；

步驟D)：進(jìn)行長晶，長晶結(jié)束后，退火、冷卻，即得到所述多晶硅錠。

本發(fā)明可采用本領(lǐng)域常規(guī)的多晶鑄錠爐來完成，其主要結(jié)構(gòu)包括爐體部分：主要是爐腔，加熱器、隔熱籠、導(dǎo)熱塊、隔熱板和保溫材料等；軟件控制部分：主要是用來運(yùn)行工藝配方；氣體供應(yīng)部分：主要是用來供應(yīng)氬氣，和排放爐腔內(nèi)廢氣的；電源控制部分：用來提供電流和電壓的。如GTSOLAR生產(chǎn)的GT-450多晶爐。

本發(fā)明的鑄造方法中的步驟A)和步驟B)分別為裝料及加熱階段。通常，使用本領(lǐng)域公知的裝料方法就能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。即，在坩堝內(nèi)部依次裝填護(hù)邊料、大塊料和小塊料的裝料方法。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟A)所述裝料包括以下步驟：