一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及太陽能電池制造工藝技術領域，尤其涉及一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝。
【背景技術】
[0002]人類大規(guī)模使用石化燃料造成的全球變暖使得氣候異常日益嚴峻，而石化燃料逐漸枯竭帶來的能源危機更加制約了社會的可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展清潔能源己經成為世界各國的共識，目前所使用的可再生能源中最有潛力的當屬太陽能，作為一種可靠的能源供給，只要有陽光能夠照射就可使用，資源的利用無需費用，對環(huán)境也不存在任何污染，將成為取代傳統(tǒng)的石化能源，支持人類未來可持續(xù)發(fā)展的主要能源供給方式。
[0003]目前，國內已經掌握了單晶硅提拉和多晶硅鑄錠，多晶硅鑄錠技術在中國已經得到了大規(guī)模的應用，廉價且可利用率高的多晶硅錠的制備在今后晶硅太陽能電池的原材料技術開發(fā)中占據著重要位置。多晶硅太陽能電池片由于內部存在晶界等缺陷使得轉換效率只比單晶硅太陽能電池片略低，而由于光照受地區(qū)、天氣的影響，實際使用差距不大。其成本低，生產周期短，隨著技術的不斷改進，質量也不斷上升，未來必將成為中國光伏產業(yè)的主力。
[0004]近些年太陽能硅材料的需求促使了材料制備技術的不斷改進，產生了多種多晶硅制備方法，有效地改進和提高了硅材料的利用率和使用性能。多晶硅錠實際上就是由定向排列的柱狀晶體組合形成，其生產基于定向凝固原理，即定向凝固法。定向凝固技術就是在凝固過程中控制凝固體和熔體中的溫度場，使其溫度梯度形成特定方向，從而使得熔體沿著與熱流相反的方向凝固，獲得具有特定取向柱狀晶的技術。
[0005]在定向凝固技術中，目前多晶硅定向凝固鑄錠的生長方法主要以下幾種:a布里奇曼法，其結構比較復雜，且增竭的升降速度必須保持平穩(wěn);b澆鑄法，其特點是多晶硅料的熔融和定向凝固在不同的柑鍋中進行，通過澆鑄法可以實現規(guī)?；倪B續(xù)生產，以提高生產效率，并降低能耗;不過由于熔融和定向凝固使用了不同材質的柑竭，將會導致二次污染；而且，澆鑄法使用了多個運動部件，包括緒竭翻轉澆鑄機械部件、引錠機械部件等，此外硅液高達HlOt3C以上的高溫使得這種機械結構復雜，不利于使用；c電磁鑄錠法，這種方法效率高，加熱時間短，節(jié)約了時間。而且，由于硅液不和柑鍋直接接觸，避免了來自增禍的二次污染，減少了雜質，另外，還可以連續(xù)生產;此外，由于電磁力對硅液的攪拌作用，使得硅液中的摻雜更加均勻；但同樣由于電磁力的干擾，使得生長的多晶硅的晶粒較小且晶體缺陷較多，導致生產的硅片的少數載流子壽命較低，需要對技術作進一步的完善。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝。
[0007]為了實現上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案: 本發(fā)明提出了一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝，包括如下步驟:
51、在型號為SCU400的多晶硅鑄錠爐工藝室內的橫截面積為690mmX690mm或840mmX840mm或lOOOmmX100mm的坩禍中裝入高純度硅原料，并對工藝室進行密閉；
52、利用型號為T7673-95的真空栗和真空閥在密閉的工藝室內部維持10—2-10—Horr范圍的真空度；
53、在S2中接著啟動第一加熱器及第二加熱器加熱坩禍；當坩禍被加熱時，裝入的高純度硅原料逐漸開始熔融；當完成熔融時，需要重新冷卻坩禍使熔融硅凝固；為了利用冷卻板凝固熔融硅，首先降低第一加熱器溫度并切斷第二加熱器電源;其次，起動第二移送軸將第三隔熱板向下移動，從而露出第二加熱器和第二隔熱板;隨著坩禍熱量釋放到露出的部分，熔融硅開始部分凝固；起動移送夾具使第二加熱器和第二隔熱板在第一隔熱板和第三隔熱板之間所形成的空間中水平移動而被打開；
53、利用冷卻板促進坩禍下部冷卻時，熔融硅從接觸冷卻板的坩禍下部開始凝固，并由下部向上部方向發(fā)生凝固；此時，通過調節(jié)移送軸的上下移送速度、冷卻板內流動的制冷劑溫度、加熱器溫度等因素控制冷卻速度;坩禍在通過冷卻板進行冷卻的同時下降而使冷卻效果最大化，并與第三隔熱板接觸;如果通過冷卻板使熔融硅完成凝固，則將坩禍重新移送到上部并加熱第一及第二加熱器而在800 °C_1600°C范圍內追加進行退火工藝;該退火工藝有助于使多晶娃內的各種缺陷最小化；
54、完成退火工藝之后，在型號為S⑶400的多晶硅鑄錠爐工藝室內注入吹掃氣體，當工藝室內壓力達到常壓時打開工藝室取出凝固的產品；
55、把該產品放在檢測儀器上檢測，挑選優(yōu)質品進行去除毛料。
[0008]優(yōu)選的，在SI中，所述除了硅原料之外可以添加η型或P型雜質來控制多晶硅的電學特性。
[0009]優(yōu)選的，所述隔熱板至少設有一個，且隔熱板可以至少一層設置，由此調節(jié)坩禍冷卻速度。
[0010]優(yōu)選的，所述第一加熱器和第二加熱器均為石墨加熱器，目前第一加熱器和第二加熱器采用頂一側加熱法，在多晶硅熔融、晶體生長過程中相比具有更佳的熱效率、固液界面等。
[0011]本發(fā)明提供的一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝，與現有技術相比，本發(fā)明采用定向凝固法，定向凝固法是在熱交換法的基礎上改進形成的，它在多晶硅料熔融后通過提升隔熱，使得底部的石墨冷卻塊與爐體產生輻射換熱以及爐內氫氣氛圍的對流散熱，因此加熱裝置和坩禍在多晶硅料的熔融及晶體生長過程中保持靜止，只有隔熱罩一個運動部件，大大簡化了操作，增加底部冷卻塊的散熱強度受隔熱罩控制;凝固過程中固液界面液相中的溫度梯度G和結晶速度R;G/R值是控制晶體長大形態(tài)的重要判據;定向凝固技術和裝置在不斷改進，其中技術關鍵之一是致力于提高固液界面液相的溫度梯度G;多晶硅錠必須在固液界面形成一定溫度梯度才能實現定向凝固，即要求G>0，而溫度梯度的大小直接影響晶體生長速率和晶體質量;在凝固過程中，較高的G可防止出現成分過冷，以免硅錠柱狀晶體生長受阻，實際生產中可增大下方冷卻塊的冷卻速度來獲得較大G，這樣會使凝固速率增大;此外提高固液界面的液相溫度來達到提高G的目的，當晶體中溫度梯度過大，會使生成的晶體產生很大的熱應力，導致晶體出現裂紋。因此在鑄造多晶硅錠時，鑄錠系統(tǒng)必須能很好地隔熱，以便保持凝固時溫度的均勻性，沒有較大的溫度梯度出現。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]實施例1
本發(fā)明提出了一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝，包括如下步驟:
51、在型號為SCU400的多晶硅鑄錠爐工藝室內的橫截面積為690mmX690mm的坩禍中裝入高純度硅原料，除了硅原料之外可以添加η型或P型雜質來控制多晶硅的電學特性，并對工藝室進行密閉；
52、利用型號為Τ7673-95的真空栗和真空閥在密閉的工藝室內部維持10—2torr范圍的真空度；
53、在S2中接著啟動第一加熱器及第二加熱器加熱坩禍，第一加熱器和第二加熱器均為石墨加熱器，目前第一加熱器和第二加熱器采用頂一側加熱法，在多晶硅熔融、晶體生長過程中相比具有更佳的熱效率、固液界面等；當坩禍被加熱時，裝入的高純度硅原料逐漸開始熔融；當完成熔融時，需要重新冷卻坩禍使熔融硅凝固；為了利用冷卻板凝固熔融硅，首先降低第一加熱器溫度并切斷第二加熱器電源;其次，起動第二移送軸將第三隔熱板向下移動，從而露出第二加熱器和第二隔熱板;隨著坩禍熱量釋放到露出的部分，熔融硅開始部分凝固；起動移送夾具使第二加熱器和第二隔熱板在第一隔熱板和第三隔熱板之間所形成的空間中水平移動而被打開，所述隔熱板至少設有一個，且隔熱板可以至少一層設置，由此調節(jié)坩禍冷卻速度；
53、利用冷卻板促進坩禍下部冷卻時，熔融硅從接觸冷卻板的坩禍下部開始凝固，并由下部向上部方向發(fā)生凝固；此時，通過調節(jié)移送軸的上下移送速度、冷卻板內流動的制冷劑溫度、加熱器溫度等因素控制冷卻速度;坩禍在通過冷卻板進行冷卻的同時下降而使冷卻效果最大化，并與第三隔熱板接觸;如果通過冷卻板使熔融硅完成凝固，則將坩禍重新移送到上部并加熱第一及第二加熱器而在800°C范圍內追加進行退火工藝；該退火工藝有助于使多晶娃內的各種缺陷最小化；
54、完成退火工藝之后，在型號為S⑶400的多晶硅鑄錠爐工藝室內注入吹掃氣體，當工藝室內壓力達到常壓時打開工藝室取出凝固的產品；
55、把該產品放在檢測儀器上檢測，挑選優(yōu)質品進行去除毛料。
[0014]實施例2
本發(fā)明提出了一種定向凝固生長太陽能電池用的多晶硅錠制造工藝，包括如下步驟:
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