[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有均勻細(xì)小晶粒的全熔高效錠的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510707864.1
• 申請(qǐng)日: 2015-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105220228A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明權(quán);王海慶;王祿寶;吳明山
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江環(huán)太硅科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/06
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 上海海頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 陳麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有均勻細(xì)小晶粒的全熔高效錠的制備方法，屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，多晶硅錠的制備方法主要是利用GTSolar提供的定向凝固系統(tǒng)進(jìn)行制備，該方法通常包括加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長(zhǎng)晶過(guò)程中，通過(guò)對(duì)頂部溫度和側(cè)邊保溫罩開(kāi)度進(jìn)行控制，使得熔融硅液在坩堝底部獲得足夠的過(guò)冷度凝固結(jié)晶。但由于在長(zhǎng)晶初期，坩堝底部屬于各向同性結(jié)構(gòu)，硅液結(jié)晶時(shí)初始形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均勻（從幾十微米到十幾厘米）、位錯(cuò)密度高、坩堝雜質(zhì)擴(kuò)散寬度大等問(wèn)題，越來(lái)越難以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)于高效率多晶硅片的需求；

針對(duì)常規(guī)鑄錠方式所產(chǎn)生的多晶硅錠存在位錯(cuò)密度高、晶界多且無(wú)規(guī)則分布的問(wèn)題，技術(shù)人員基于控制初始形核來(lái)控制硅錠內(nèi)部位錯(cuò)產(chǎn)生和增殖的目的，開(kāi)發(fā)了一種在坩堝底部鋪設(shè)碎硅片等小尺寸硅料作為生長(zhǎng)用籽晶，通過(guò)合理的熔化工藝控制使得坩堝底部鋪設(shè)的籽晶層硅料不完全熔化，作為引晶源引晶形成晶粒細(xì)小且分布均勻的高效多晶硅片，大大降低了硅錠內(nèi)部的位錯(cuò)密度，有效提升了多晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率，高效多晶硅片的光電轉(zhuǎn)換效率由普通多晶硅片的16.8%~17.0%的大幅提升到17.6%~17.8%之間，且作為籽晶的為碎硅料等低成本硅料，制造成本相較普通硅片僅略有提升，受到了市場(chǎng)的青睞，得到了全面的推廣，其中最為出名的如臺(tái)灣中美矽晶的A4+硅片、賽維的M3硅片、賽維的S2、S3硅片等；但存在以下缺點(diǎn)：1）半熔引晶生長(zhǎng)工藝在熔化階段，需要通過(guò)插高純石英棒來(lái)控制硅料熔化高度，操作難度高；2）半熔引晶生長(zhǎng)工藝由于在熔化階段存在部分未熔化硅料，導(dǎo)致硅錠底部硅料凹凸不平整，且在側(cè)面有氣孔存在，難以打磨回收再利用，導(dǎo)致硅料損耗較大；3）半熔引晶生長(zhǎng)工藝由于底部有未熔化硅料，導(dǎo)致單錠的硅料有效利用部分相較正常硅錠生產(chǎn)有明顯降低，加工成本較高，不利于光伏平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)半熔高效鑄錠過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，有廠(chǎng)家借鑒半熔高效鑄錠的基本原理，提出了將具有一定顆粒度的石英砂鋪在坩堝底部，利用石英砂自身間形成的孔隙使得坩堝底部具有各向異性的特點(diǎn)，達(dá)到控制形核提升硅錠光電轉(zhuǎn)換效率的目的，此方法由于制作工藝簡(jiǎn)單，且對(duì)控制形核具有明顯幫助，硅片光電轉(zhuǎn)換效率可從普通鑄錠的16.8%~17.0%大幅提升到17.6%~17.7%之間，同時(shí)無(wú)半熔高效硅料利用率低、操作難度大和回收料難處理等問(wèn)題，受到了市場(chǎng)的關(guān)注和推廣，但同時(shí)也存在的如下問(wèn)題：

1、目前市場(chǎng)上高效坩堝底部鋪設(shè)的形核源層一般為具有不規(guī)則形狀的石英砂，由于石英砂自身結(jié)構(gòu)不規(guī)則導(dǎo)致形核源層在坩堝底部鋪設(shè)均勻度不高，因而雖可控制形核，但難以到達(dá)控制均勻形核的目的，不利用光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升；

2、目前由于常規(guī)使用的高效坩堝，一般為在坩堝底部鋪設(shè)的高純石英砂上直接噴涂一層高純氮化硅后，正常熔化長(zhǎng)晶，但此過(guò)程為異質(zhì)成核，形核所需驅(qū)動(dòng)力相較同質(zhì)成核明顯增大，因而利用普通高效坩堝鑄錠時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生15%~20%光電轉(zhuǎn)換效率在16.8%~17.0%的普通效率硅片，大大影響了高效硅片的產(chǎn)出，提升了光伏發(fā)電成本；

3、目前市場(chǎng)上流行的全熔高效鑄錠方式，通常僅在坩堝底部增加一層形核源層，并未對(duì)鑄錠工藝等作出較為明顯的改善，因而導(dǎo)致全熔高效效率相較半熔高效仍略低于半熔，不能滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)于越來(lái)越高光電轉(zhuǎn)換效率的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有均勻細(xì)小晶粒的全熔高效錠的制備方法，大大提高了硅錠底部細(xì)小晶粒的分布均勻性，硅錠內(nèi)部位錯(cuò)密度大幅降低，硅片光電轉(zhuǎn)換效率相較普通全熔高效多晶硅片效率明顯提升0.2%以上，達(dá)到17.8%~18.0%，大大提升了長(zhǎng)晶初期的晶體質(zhì)量和降低了普通錠的產(chǎn)生比例，大大降低光伏發(fā)電產(chǎn)品的制造成本，提升了硅錠整體的晶體質(zhì)量，所鑄硅錠光電轉(zhuǎn)換效率與半熔高效硅片效率相當(dāng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種具有均勻細(xì)小晶粒的全熔高效錠的制備方法，其制備方法為：

1）先在石英坩堝底部刷涂一層粘結(jié)漿料，作為形核源層的粘結(jié)劑，防止形核源層在鑄錠過(guò)程中脫落，所述石英坩堝外徑d1為885~890mm，內(nèi)徑d2為845~850mm，高度h為480mm，石英坩堝自身純度大于4N，所述粘結(jié)漿料為高純石英砂料漿和高純硅溶膠中的一種或兩種的組合；

2）在刷涂好粘結(jié)劑的石英坩堝底部，鋪設(shè)一層高純微球狀石英砂，作為形核源層，所述高純微球狀石英砂的粒徑為40~100目；