專利名稱：一種單晶硅鑄錠裝料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池制作エ藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種單晶硅鑄錠裝料方法。
背景技術(shù)：
在能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，開發(fā)利用新能源是當(dāng)今能源領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。太陽(yáng)能由于其無(wú)污染、取之不竭、無(wú)地域性限制等優(yōu)點(diǎn)，使太陽(yáng)能發(fā)電成為現(xiàn)在新能源開發(fā)利用的主要研究方向。而太陽(yáng)能電池是人們利用太陽(yáng)能發(fā)電ー種主要形式。其中，單晶硅是制造太陽(yáng)能電池的主要材料，單晶硅通常是用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀
單晶娃。單晶硅鑄錠エ藝是在單晶爐的石英坩堝中進(jìn)行，將硅料裝入石英坩堝后通過加 熱、熔化、結(jié)晶、冷卻等エ藝過程完成單晶硅的鑄錠過程。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，要盡可能的裝入比較多的硅料，以便在一次鑄錠生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)較多的單晶硅錠。在硅料熔化之前，硅料會(huì)受熱膨脹，坩堝內(nèi)硅料體積會(huì)増大，硅料高度會(huì)上升；在硅料熔化階段，硅料硅有固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，體積減小，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致坩堝內(nèi)硅料體積減小，硅料高度下降。在此過程中，坩堝內(nèi)硅料會(huì)發(fā)生塌料，即由于硅料體積的變化導(dǎo)致坩堝內(nèi)硅料突然塌縮的現(xiàn)象。參考圖I，現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行單晶娃鑄淀時(shí)，向位于石墨i甘禍I內(nèi)的石英i甘禍2中直接堆放硅料3。其中，加熱器4在鑄錠過程中用于加熱熔化硅料，導(dǎo)流筒5用于減少單晶爐體內(nèi)上部空間惰性環(huán)境氣體的渦流，減少S i0在單晶爐體上部的沉積。在進(jìn)行裝料時(shí)，將大型硅料和小型硅料按照一定的比例(一般為9:1)混合后直接填放入坩堝?，F(xiàn)有技術(shù)在裝料時(shí)僅是簡(jiǎn)單的將大型硅料和小型硅料按照一定比例混合后裝入坩堝，在裝料過程中需要比較多的小型硅料，而小型硅料價(jià)格較貴，造成生產(chǎn)成本比較高，且簡(jiǎn)單的填放硅料，硅料之間縫隙較大，在硅料熔化后發(fā)生塌料現(xiàn)象時(shí)由于硅料之間的間隙較大易發(fā)生濺料(硅料濺射到坩堝之外)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種單晶爐鑄錠裝料方法，該方法降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)避免了硅料熔化時(shí)濺料問題的發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種單晶爐鑄錠裝料方法，該方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1_-3_之間的硅料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形硅料構(gòu)成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的硅料之間縫隙以及第ニ混合層的硅料之間縫隙通過流化床和/或小塊硅料填充；所述流化床為尺寸在之間的硅料；所述小塊硅料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。優(yōu)選的，上述方法中，所述大塊娃料和棒形娃料的含量為35%_45%。優(yōu)選的，上述方法中，第一混合層的鋪設(shè)方式為
將所述棒形硅料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸，然后使用中塊硅料以及碎多晶棒形硅料填充所述棒形硅料與坩堝壁、所述棒形硅料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區(qū)域。優(yōu)選的，上述方法中，所述第二混合層在距坩堝ロ 60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。優(yōu)選的，上述方法中，通過流化床和/或小塊硅料填充所述第一混合層以及第ニ混合層兩層之間縫隙。優(yōu)選的，上述方法中，所述流化床層中流化床的含量為5%_10%。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的單晶爐鑄錠裝料方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在之間的硅料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形硅料構(gòu)成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的硅料之間縫隙以及第ニ混合層的硅料之間縫隙通過流化床和/或小塊硅料填充；所述流化床為尺寸在之間的硅料；所述小塊硅料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm ;所述大塊娃料和棒形硅料的含量為35%-45%。通過上述可知，本發(fā)明技術(shù)方案中所述單晶爐鑄錠裝料方法在進(jìn)行單晶爐鑄錠裝料吋，按照硅料的尺寸及類型將硅料分為流化床、小塊硅料、中塊硅料、大塊硅料以及棒形硅料，并按照所述層次結(jié)構(gòu)及方法逐層進(jìn)行裝料，在増加大型硅料(大塊硅料和棒形硅料)裝料量的同時(shí)，保證了硅料填放密集且具有層次，從而降低了生產(chǎn)成本，并避免了在塌料時(shí)濺料問題的發(fā)生。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為采用現(xiàn)有的單晶爐鑄錠裝料方法裝料后的盛料裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述單晶爐鑄錠裝料方法的流程示意圖；圖3為采用本發(fā)明所述單晶爐鑄錠裝料方法裝料后的盛料裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有的單晶硅鑄錠裝料方法僅是簡(jiǎn)單的將硅料分為大型硅料和小型硅料，將硅料安裝一定的比例混合和后直接填放如坩堝。硅料之間的縫隙較大，在硅料熔化塌料時(shí)易發(fā)生濺射現(xiàn)象，使得硅料濺出坩堝造成原料的浪費(fèi)，同時(shí)濺射出的硅料在坩堝外熔化易污染腐蝕單晶爐內(nèi)其他部件；同時(shí)，現(xiàn)有的裝料方法為了增加裝料量，在裝料時(shí)采用較多的小型硅料(大型硅料和小型硅料的比例在9:1左右)，但是小型硅料的價(jià)格較為昂貴，從而增加了生產(chǎn)成本。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將硅料按照其尺寸及類型將硅料進(jìn)行區(qū)分，并按照一定的層次進(jìn)行裝料，可以增加坩堝的裝料總量，同時(shí)降低了小型硅料的使用，降低了生產(chǎn)成本；同時(shí)由于硅料更具有規(guī)律和層次性，在硅料熔化發(fā)生塌料吋，硅料是從坩堝底部開始逐層塌縮的，分散了硅料塌料時(shí)的落差，避免了硅料融化塌料時(shí)濺料問題的發(fā)生?；谏鲜鲅芯?，本發(fā)明提供了一種單晶硅鑄錠裝料方法，該方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1_-3_之間的硅料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形硅料構(gòu)成的第一混合層；·在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的硅料之間縫隙以及第ニ混合層的硅料之間縫隙通過流化床和/或小塊硅料填充；所述流化床為尺寸在之間的硅料；所述小塊硅料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm ;所述大塊娃料和棒形硅料的含量為35%-45%。本發(fā)明實(shí)施所述技術(shù)方案按照硅料的尺寸及類型將硅料分為流化床、小塊硅料、中塊硅料、大塊硅料以及棒形硅料，并按照所述層次結(jié)構(gòu)及方法逐層進(jìn)行裝料。使得硅料之間縫隙更小，増加了裝料量，且增加了大型硅料的使用量，降低了生產(chǎn)成本；同吋，由于硅料更具有規(guī)律和層次性，在硅料熔化發(fā)生塌料吋，硅料是從坩堝底部開始逐層塌縮的，分散了硅料塌料時(shí)的落差，避免了硅料融化塌料時(shí)濺料問題的發(fā)生。以上是本申請(qǐng)的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示裝置件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及高度的三維空間尺寸。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種單晶硅鑄錠的裝料方法，參考圖2，所述方法包括步驟Sll :在坩堝底部平鋪流化床層。優(yōu)選的，所述流化床層的硅料所占整個(gè)坩堝裝料量的5%_10%，大約為15kg。通過鋪設(shè)所述化床層，可以避免上部大尺寸硅料在熔化時(shí)無(wú)法及時(shí)熔化在塌料時(shí)直接與坩堝底部接觸砸破坩堝造成硅液溢流問題的發(fā)生，起到一個(gè)緩沖作用。同時(shí)所述流化床體積小較易熔化，且其位于坩堝底部，而坩堝底部相對(duì)于坩堝上部空間熱量不易散失，更有益有益于底部硅料的熔化。即當(dāng)裝料完成進(jìn)行熔料時(shí)，坩堝底部的流化床可以叫較短時(shí)間內(nèi)熔化為整個(gè)坩堝內(nèi)的硅料提供ー個(gè)熔融的母液加速坩堝內(nèi)硅料的熔化，能夠提高生產(chǎn)效率。所以，在坩堝底部首先鋪設(shè)流化床層。其中，所述流化床為尺寸在之間的娃料。步驟S12 :在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形娃料構(gòu)成的第一混合層。首先，將所述棒形硅料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸。然后，使用中塊硅料以及碎多晶棒形硅料填充所述棒形硅料與坩堝壁、所述棒形硅料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區(qū)域。
優(yōu)選的，為了增加裝料料量，同時(shí)減小硅料間縫隙，避免硅料熔化時(shí)發(fā)生較大落差，通過流化床和/或尺寸為10mm-20mm的小塊娃料填充所述第一混合層娃料之間的縫隙。其中，所述棒形硅料為單晶硅或是多晶硅切片后剩余的角料，其尺寸相對(duì)較大，不易熔化，故將其鋪設(shè)與流化床層上，當(dāng)坩堝底部流化床熔化后可使得其快速熔化。其中，所述中塊娃料尺寸在30mm-50mm之間的娃料。步驟S13 :在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合 層。具體的，可現(xiàn)在所述第一混合層上鋪設(shè)一定量的流化床和/或小塊硅料填，之后再鋪設(shè)所述第二混合層。當(dāng)?shù)诙旌蠈愉佋O(shè)至距坩堝ロ 60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。現(xiàn)有的裝料方法為了保證其裝料量，在距坩堝ロ 30mm-40mm處才以圓錐狀收起堆放。相對(duì)于現(xiàn)有的裝料方法，本發(fā)明所述方法裝料更加規(guī)律有層次，在増加裝料量的同時(shí)，降低了硅料堆放起始位置距坩堝ロ的距離，避免了在塌料時(shí)硅料濺射或是滾落至坩堝外，從而避免了硅料的浪費(fèi)以及由于硅料在坩堝外部熔化造成的污染。同樣，為了增加裝料料量，減小硅料間縫隙，可通過流化床和/或小塊硅料填充所述第二混合層硅料之間的縫隙。其中，所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。在加熱時(shí)，加熱器通過石墨坩堝控制熱場(chǎng)均勻分布對(duì)整個(gè)石英坩堝側(cè)壁進(jìn)行加熱，而現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行裝料時(shí)只是簡(jiǎn)單的將大型硅料和小型硅料混合均勻后裝入石英坩堝內(nèi)，硅料分布如圖I所示，石英坩堝內(nèi)部整體大小硅料的組分相同，可視為是整體同步熔化，硅料塌縮是坩堝內(nèi)部所有硅料整體塌縮，同時(shí)由于其內(nèi)部硅料之間間隙大，造成硅料塌縮時(shí)落差較大，極易發(fā)生濺料以及硅料滾落至石英坩堝外部。參考圖3，按照本發(fā)明所述裝料方法裝料，將硅料在石英坩堝2內(nèi)依次填放，從下至上依次為流化床層6、第一混合層7和第二混合層，其中第二混合層包括平鋪與所述第一混合層7上方的底部8以及圓錐狀收起堆放的頂部9。即采用本發(fā)明所述裝料方法在裝料完成后，硅料是逐層的分布于石英坩堝內(nèi)部，加熱器4在對(duì)石英坩堝2進(jìn)行加熱時(shí)，各層硅料的熔化速度并不相同，石英坩堝底部的硅料體積最小的流化床層最先熔化，向上逐層熔化程度逐漸減弱，所以在塌料時(shí)，硅料是逐層開始塌縮的，相對(duì)于現(xiàn)有裝料方法的整體塌縮，分散了塌縮落差，進(jìn)而避免了硅料塌縮時(shí)濺料以及硅料滾落石英坩堝外部問題的發(fā)生。其中，導(dǎo)流筒5用于減少單晶爐體內(nèi)上部空間惰性環(huán)境氣體的渦流，減少S i0在單晶爐體上部的沉積；圖中所示虛線為所述第二混合層的底部8與頂部9的分界線，所述分界線與坩堝ロ的水平高度為收起高度h，所述分界線是為了便于圖示說明，實(shí)際裝料中并不存在所述分界線。現(xiàn)有的裝料方法進(jìn)行裝料時(shí)大型硅料與小型硅料的質(zhì)量百分比為1:9，即采用較多的小型硅料來増加裝料量。但是，小型硅料的價(jià)格相對(duì)于大型硅料要高15%左右，采用粉碎大型硅料的方式易造成嚴(yán)重的粉塵污染，且成本交過，不適合生產(chǎn)應(yīng)用。而本發(fā)明所述技術(shù)方案通過將硅料按照其尺寸及類型分類后分層次的裝入坩堝，裝料更加有規(guī)律性，增加了裝料量，如可將24寸的坩堝的裝料量從目前的150kg提升至180kg左右，裝料量提高20%左右。而且增加了大型硅料(所述大型硅料包括大塊硅料與棒形硅料)的百分比，使其含量增加至35%-45%，即將大型硅料與小型硅料(所述小型硅料包括流化床、小塊硅料、中塊硅料)的配比4:6左右，降低了小型硅料的使用量，從而降低了生產(chǎn)成本，。而且，現(xiàn)有的裝料方法在進(jìn)行裝料時(shí)在距坩堝ロ 30mm-40mm處開始向上收起堆放，而30mm-40_的收起高度較小在塌料時(shí)易造成頂部娃料滾落或派射出;t甘禍,造成娃料的浪費(fèi)以及坩堝外部器件的污染；而本發(fā)明技術(shù)方案可以大大増加裝料量，可將所述收起 高度h從現(xiàn)有的30mm-40mm增大至60mm-80mm,避免娃料滾落或派射出；t甘禍。同時(shí)，由于增大了收起高度，故降低了坩堝內(nèi)硅料的裝料高度，避免了硅料與坩堝外石墨器件近距離接觸以及與外部環(huán)境氣體的大面積接觸，從而降低了熔料時(shí)引入C、O元素的含量，并將產(chǎn)品單晶硅內(nèi)的c、0元素的含量控制在3ppm以內(nèi)，避免了因?yàn)閱尉Ч鑳?nèi)C、O元素含量過高導(dǎo)致太陽(yáng)能電池后期制作中電池片崩邊、彎曲、翹皮以及效片數(shù)量較高等問題。綜上所述，采用本發(fā)明技術(shù)方案所述裝料方法，能夠增加裝料量，避免塌料時(shí)硅料滾輪或是濺射出坩堝，同時(shí)能夠降低單晶硅內(nèi)C、O元素的含量，而且增加了大型硅料的用量,降低了生產(chǎn)成本。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種單晶爐鑄錠裝料方法，其特征在于，包括 在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在之間的硅料； 在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形硅料構(gòu)成的第一混合層； 在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放； 其中，所述第一混合層的硅料之間縫隙以及第二混合層的硅料之間縫隙通過流化床和/或小塊硅料填充；所述流化床為尺寸在之間的硅料；所述小塊硅料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述大塊硅料和棒形硅料的含量為35% -45% o
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，第一混合層的鋪設(shè)方式為 將所述棒形硅料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸，然后使用中塊硅料以及碎多晶棒形硅料填充所述棒形硅料與坩堝壁、所述棒形硅料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二混合層在距坩堝口60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過流化床和/或小塊硅料填充所述第一混合層以及第二混合層兩層之間縫隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述流化床層中流化床的含量為5% -10%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單晶硅鑄錠裝料方法，包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1mm-3mm之間的硅料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設(shè)由棒形硅料、中塊硅料以及碎多晶棒形硅料構(gòu)成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設(shè)由大塊硅料以及中塊硅料構(gòu)成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的硅料之間縫隙以及第二混合層的硅料之間縫隙通過流化床和/或小塊硅料填充；所述流化床為尺寸在1mm-3mm之間的硅料；所述小塊硅料尺寸為10mm-20mm；所述中塊硅料尺寸為30mm-50mm；所述大塊硅料尺寸為50mm-75mm。該方法降低了生產(chǎn)成本，且避免了硅料熔化時(shí)濺料問題的發(fā)生。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102732945SQ201210109230
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者史記全, 司佳勇, 吳博娜 申請(qǐng)人:英利能源(中國(guó))有限公司