[發明專利]N型多晶硅鑄錠裝置及鑄錠方法

在審

• 申請號: 201611151115.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN108221047A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 魏汝超
• 申請（專利權）人: 超能高新材料股份有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發明提供一種N型多晶硅鑄錠裝置，包括：鑄錠爐，所述鑄錠爐內設有坩堝，所述鑄錠爐頂端設有用于存放硅料的儲料倉，所述儲料倉與所述坩堝連接有輸料管，所述儲料倉的硅料投料由出料閥控制，其特征在于，所述鑄錠爐的頂端設置有高功率激光單元，所述高功率激光單元設置有激光源，所述激光源用于對自所述儲料倉投入所述坩鍋的硅料進行輻射掃描；所述儲料倉的外部分別設有真空抽氣閥與惰性氣體進氣閥，所述儲料倉還設有加熱單元用于對儲料倉的硅料進行預加熱。本發明同時提出一種利用本發明裝置的鑄錠方法。

技術領域

本發明提供一種太陽能晶錠的鑄錠裝置及方法，特別是指一種具有二次投料設備的N型多晶硅鑄錠裝置及鑄錠方法。

背景技術

隨著替代性能源使用量的增長，太陽能因建構成本相對較低，與快速回本等優勢，進而成為極具成本優勢的替代能源；在眾多太陽能電池材料中，硅基太陽能電池，因其具有光電轉換效率高，技術發展成熟等優勢，成為目前太陽能電池制作廣泛使用的材料。

硅晶鑄錠的制作，是將高純度的硅原料，通過耐高溫坩堝熔融，調控制備條件，進行硅晶鑄錠程序，藉以生產具有良好材料應力與光電轉換率的太陽能電池材料。

在多晶硅鑄錠上，所面臨的考驗在于如何增加晶錠利用率，降低生產成本，同時減低偏析、調控晶錠內電阻值分布范圍，進而提升光電轉換效率。目前廣泛使用的多晶硅鑄錠方法，是以加入摻雜劑方式進行制備，在硅原料中加入IIIA族元素，例如：硼、鎵等元素，來制備P型多晶硅；或是加入VA族元素，例如：磷、砷等元素，來制備N型多晶硅。然而，在N型多晶硅鑄錠過程中，VA族摻雜劑因為偏析系數小，造成該元素在晶錠內分布不均，導致電阻值分布范圍過大，影響晶錠的利用率。在過往的硅料添加程序中，一方面無法及時調控摻雜劑比例，達到縮小電阻值分布范圍的目的，影響光電轉換率；另一方面，直接固態投料會造成硅料與鑄錠爐硅液間的溫度差異過大，從而產生材料應力及熱場效應，進而使結晶缺陷增加，減低了多晶錠的可利用率，同時增加了生產成本與時間成本。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種N型多晶硅鑄錠裝置及鑄錠方法，利用本發明可以降低晶錠中摻雜劑所造成的應力、解決熱場效應等相關影響。

本發明提出的N型多晶硅鑄錠裝置，包括：鑄錠爐，所述鑄錠爐內設有坩堝，所述鑄錠爐頂端設有儲料倉，其用于存放硅料，所述儲料倉與所述坩堝連接有輸料管，所述儲料倉的硅料投料由出料閥控制，所述鑄錠爐的頂端設置有高功率激光單元，所述高功率激光單元設置有激光源，所述激光源用于對自儲料倉投入坩鍋的硅料進行輻射掃描；所述儲料倉的外部分別設有真空抽氣閥與惰性氣體進氣閥，所述儲料倉還設有加熱單元，其用于對儲料倉的硅料進行預加熱。

所述坩堝為氮化硅坩堝或石英坩堝。

所述儲料倉的頂部還設有加料口，其用于可隨時補充硅料，以進行連續性投料。

所述高功率激光單元的激光源可周期性地移動掃描。

所述鑄錠爐有觀察窗，所述高功率激光單元的激光源是通過所述觀察窗輻射掃描。

本發明還提供了一種利用本發明裝置的鑄錠方法，包括以下步驟：(1)在鑄錠爐的坩堝內填入多晶硅料以及磷摻雜劑；(2)對坩堝內的多晶硅料進行加熱熔化；(3)對儲料倉多晶硅料進行預熱，同時對儲料倉進行真空抽氣，并通入惰性氣體；(4)當坩堝的N型多晶硅晶體生長至坩堝約1/2高度時，暫停長晶程序；(5)當儲料倉的多晶硅料進行預熱至一定溫度時，開啟出料閥，將所述儲料倉內的硅料，通過輸料管投料至所述鑄錠爐的坩堝內；(6)通過高功率激光，以輻射掃描方式對投入的固態硅料進行加熱熔融，以調整N型多晶硅晶錠中的摻雜劑濃度；(7)啟動所述鑄錠爐設備內的加熱器，使鑄錠爐的坩堝溫度回升到投料前的溫度，繼續N型多晶硅晶錠的長晶程序。

重復(5)-(7)的步驟，分批多次將所述儲料倉內的硅料投料至所述鑄錠爐的坩堝中。