[發(fā)明專利]一種鑄造單晶的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011335456.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112647122B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史珺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江普智能源裝備有限公司
• 主分類號(hào): C30B11/00
• 分類號(hào): C30B11/00;C30B29/06;C30B33/02
• 代理公司: 杭州伍博專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33309
• 代理人: 熊小芬

本發(fā)明公開了一種鑄造單晶的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其方法。它包括保溫體、加熱體、熱開關(guān)、石墨均熱平臺(tái)、坩堝本體、坩堝托板、坩堝護(hù)板、水冷盤和支架，保溫體置于支架的上方，保溫體的底部中間設(shè)有通孔，加熱體置于保溫體的內(nèi)部，熱開關(guān)置于支架的下方且與保溫體上的通孔相對(duì)應(yīng)，石墨均熱平臺(tái)、坩堝本體、坩堝托板和坩堝護(hù)板置于加熱體的內(nèi)部，坩堝托板置于石墨均熱平臺(tái)置于坩堝本體之間，坩堝護(hù)板置于坩堝本體的外側(cè)面上，水冷盤置于熱開關(guān)的下方，熱開關(guān)的底部設(shè)有升降桿。本發(fā)明的有益效果是：鑄錠單晶能夠達(dá)到100%的單晶率，提高單晶的晶體質(zhì)量，提高晶體的可切片率，縮短晶體冷卻時(shí)間，節(jié)省工藝時(shí)間，提高設(shè)備產(chǎn)能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鑄錠單晶處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種鑄造單晶的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其方法。

背景技術(shù)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅晶體生長(zhǎng)的產(chǎn)能也迅猛發(fā)展。晶體生長(zhǎng)主要由直拉單晶和多晶鑄錠兩種方式。2018年以來，由于單晶硅片的太陽(yáng)電池效率有突破性進(jìn)展，要采用CZ法的直拉單晶硅生長(zhǎng)方式逐漸占據(jù)主流，而多晶硅鑄錠廠家則面臨大量停產(chǎn)。為此，許多多晶硅鑄錠廠家嘗試用鑄錠的方式進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，稱為鑄錠單晶。

目前，進(jìn)行鑄錠單晶生長(zhǎng)的廠家均采用與多晶硅鑄錠相同的鑄錠爐和石英陶瓷坩堝，在底部鋪滿籽晶，籽晶的大小與硅片尺寸大小相同或相近，然后將硅料放入坩堝。通過底部冷卻，晶體從底部的籽晶開始向上生長(zhǎng)。在采用多晶硅鑄錠爐進(jìn)行鑄錠單晶生產(chǎn)時(shí)，這些廠家對(duì)于多晶硅鑄錠爐的定向凝固方式基本沒有改動(dòng)。要么采取提升保溫體的方式實(shí)現(xiàn)底部降溫，要么采用坩堝下降的方式實(shí)現(xiàn)底部降溫（現(xiàn)在已經(jīng)漸少）。這種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)底部降溫，但往往是四周先冷卻，然后硅熔體或晶體中部的熱量通過向底部和四周散熱，在逐漸冷卻。那么這種底部降溫方式就必然帶來等溫面必然是凹向熔體，也就是坩堝四周溫度低、中央溫度高。這將會(huì)帶來如下問題：

1）坩堝底部的四周容易多晶形核，且向內(nèi)生長(zhǎng)。

2）晶體內(nèi)部的位錯(cuò)會(huì)在晶體的中央集中，造成硅錠中部的位錯(cuò)密度增加很多。

3）坩堝壁上會(huì)不斷有多晶形核，結(jié)合多籽晶所自帶的多晶形核，造成多晶硅不斷向內(nèi)生長(zhǎng)，導(dǎo)致鑄錠單晶成品率過低，甚至單晶生長(zhǎng)失敗。

這些廠家所存在的上述這三個(gè)問題，使得鑄錠單晶時(shí)四周和中間有大量多晶存在，導(dǎo)致鑄錠單晶長(zhǎng)期以來被稱為“類單晶”，因而因成品率和可切片率低而無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

要想使鑄錠單晶能夠達(dá)到完美的標(biāo)準(zhǔn)以能夠與直拉單晶在晶體質(zhì)量方面抗衡，必須對(duì)傳統(tǒng)的多晶硅鑄錠爐的熱場(chǎng)進(jìn)行升級(jí)改造。

現(xiàn)有世界上傳統(tǒng)的多晶硅鑄錠爐，主要有兩種，一種是美國(guó)GT公司的爐子，一種是德國(guó)ALD公司的爐子。這些爐子進(jìn)行鑄錠單晶都有致命的缺點(diǎn)，導(dǎo)致達(dá)不到最低限度的合格率和單晶率。簡(jiǎn)單地說，所有這些爐子，其在熔料完成后開始生長(zhǎng)時(shí)，降溫方式都是采用提升加熱體和保溫體的方式，這樣，就必然造成坩堝底部四周的溫度低、中央的溫度高。這樣，等溫面是凹向熔體的，不僅造成硅錠邊緣的易多晶形核，且四周的多晶硅斜向內(nèi)向上生長(zhǎng)，而且導(dǎo)致中央的單晶部分會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)幾種，造成位錯(cuò)密度加大。而德國(guó)ALD的爐子還存在底部降溫突然導(dǎo)致溫度突變從而產(chǎn)生應(yīng)變導(dǎo)致位錯(cuò)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的不足，提供了一種提高單晶率的鑄造單晶的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鑄造單晶的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括保溫體、加熱體、熱開關(guān)、石墨均熱平臺(tái)、坩堝本體、坩堝托板、坩堝護(hù)板、水冷盤和支架，所述的保溫體置于支架的上方，所述保溫體的底部中間設(shè)有通孔，所述的加熱體置于保溫體的內(nèi)部，所述的熱開關(guān)置于支架的下方且與保溫體上的通孔相對(duì)應(yīng)，所述的石墨均熱平臺(tái)、坩堝本體、坩堝托板和坩堝護(hù)板置于加熱體的內(nèi)部，所述的坩堝托板置于石墨均熱平臺(tái)置于坩堝本體之間，所述的坩堝護(hù)板置于坩堝本體的外側(cè)面上，所述的水冷盤置于熱開關(guān)的下方，所述熱開關(guān)的底部設(shè)有升降桿。