一種多晶硅錠的鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多晶硅錠的鑄造方法，該技術(shù)主要含以下步驟：（1）在鑄錠用石英坩堝內(nèi)底部均勻涂刷一層粘合層；（2）將純度為99.9999％、粒徑為10～100目的顆粒狀硅均勻灑在粘合層表面，待粘合層干燥后，顆粒狀硅牢固地粘合在坩堝內(nèi)底部；（3）在顆粒狀硅表面進行氮化硅涂層制備，并晾干待用；（4）在制備好的坩堝內(nèi)裝料鑄錠，長晶時以底部未熔融的硅顆粒作為籽晶定向凝固生長，獲得多晶硅錠。由本發(fā)明方法生產(chǎn)出來的多晶硅錠切成硅片后，硅片位錯密度低，做成電池后，轉(zhuǎn)換效率比普通多晶硅片的效率高0.2～0.6%，整錠硅片平均效率達18.0％。此外，采用本發(fā)明方法鑄錠與普通多晶全熔鑄錠工藝一致，具有易操作、成本低、鑄錠得料率高的優(yōu)點。
【專利說明】一種多晶硅錠的鑄造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體硅鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高效坩堝涂層輔助多晶硅鑄造技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能光伏領(lǐng)域中，晶體硅由于其原料來源及制備成本優(yōu)勢，占整個太陽能光伏領(lǐng)域的90%以上，而在晶體硅的制備過程中，又以鑄錠技術(shù)為主導(dǎo)地位。目前，現(xiàn)有多晶硅鑄造技術(shù)主要有普通多晶硅鑄錠技術(shù)、有籽晶鑄錠技術(shù)(包括有準(zhǔn)單晶鑄錠及目前較流行的高效多晶鑄錠技術(shù) ?、高效坩堝涂層輔助多晶硅鑄錠技術(shù)。
[0003]這幾種晶體硅鑄錠技術(shù)的主要區(qū)別在于，準(zhǔn)單晶鑄錠與高效多晶鑄錠在裝料時必須在坩堝底部鋪設(shè)有籽晶，也可稱為有籽晶鑄錠技術(shù)，且需保證該籽晶在后期熔化過程中不被完全熔化，以作為后期晶體生長的形核中心，否則就變成普通多晶鑄錠。高效坩堝涂層輔助多晶硅鑄錠技術(shù)是指在坩堝底部制作一層特殊的引晶層，用以促進鑄錠初始的形核。在該鑄錠技術(shù)中，硅料完全熔化，而不必像有籽晶鑄錠技術(shù)那樣需對籽晶進行保護，故可完全沿用傳統(tǒng)多晶鑄錠的熱場和工藝，并能獲得較傳統(tǒng)普通多晶更高質(zhì)量的多晶硅錠。目前有許多坩堝廠家及晶硅鑄錠廠家對這種高效坩堝涂層輔助鑄錠技術(shù)有著濃厚的興趣，并已開展相關(guān)的研究，這對促進光伏行業(yè)發(fā)展，提升多晶鑄錠技術(shù)意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多晶硅鑄錠方法。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
所述多晶硅錠的鑄造方法在帶有坩堝的鑄錠爐內(nèi)實現(xiàn)；其步驟如下:
(1)在相'禍內(nèi)底部均勻涂刷一層厚度為0.001111111?5111111的粘合層；
(2)將顆粒狀硅均勻鋪灑在涂有粘合層的坩堝內(nèi)底部，顆粒狀硅的鋪灑密度為0.00001^/(31112?0.03^/01112 ；
(3)在坩堝內(nèi)底部制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層；
(4)向相'禍內(nèi)裝填娃料后送入鑄淀爐鑄淀，獲得多晶娃淀。
[0006]優(yōu)選地，步驟(1)中所述的粘合層選自硅溶膠、聚乙烯醇、氮化硅粉中的至少一種。
[0007]優(yōu)選地，步驟(2)中所述的顆粒狀硅純度為99.9999%、粒徑為10?100目。
[0008]優(yōu)選地，步驟(3)是采用噴涂法制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層。
[0009]優(yōu)選地，步驟(4)裝填硅料時通過加入電活性摻雜劑來控制目標(biāo)電阻率為0.8?3 ^ #。111。
[0010]優(yōu)選地，步驟(4)所述電活性摻雜劑為硼硅合金。
[0011]優(yōu)選地，步驟(4)所述鑄錠過程如下:待填裝有硅料的坩堝送入鑄錠爐后，抽真空并加熱，控制加熱器功率使鑄錠爐內(nèi)溫度逐步升到1530?15501，當(dāng)硅料熔化時，坩堝底部溫度控制在1410?14301 ；待硅料完全熔化后，降低加熱器溫度至1425?14321，降溫速度為50-2001作，對熔融狀態(tài)的硅料進行冷卻；將鑄錠爐內(nèi)的隔熱籠打開至4?10(^1，使坩堝底部熔融狀態(tài)的硅料以坩堝底部被氮化硅粉包裹的顆粒狀硅為籽晶快速形核結(jié)晶，形成形核源層，進入長晶初期；進入長晶初期后，控制加熱器溫度為1425?14401，提升隔熱籠，在形核源層縱向生長成一層均一的、樹枝狀的晶體，進入長晶中后期；長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，使晶體硅從坩堝底部從下往上完成定向凝固生長。
[0012]本發(fā)明具有易操作、得料率高、成本低等特點。采用本發(fā)明方法制成的太陽電池，電池效率比普通多晶硅要高0.2?0.6%，整錠硅片的平均電池效率達到18.0%，最大效率高達 18.4%。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明提供的高效坩堝涂層輔助多晶硅鑄錠技術(shù)，通過在坩堝底部噴灑硅顆粒并包裹在氮化硅涂層中，以此層未被熔化的硅顆粒為籽晶，達到同質(zhì)形核引晶的作用，生長的晶體娃缺陷少，質(zhì)量聞；
(2)本發(fā)明方法熔化工藝和普通多晶熔化工藝一樣，具有鑄錠得料率高、成本低等特點，并且操作簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)；
(3)采用本發(fā)明方法制備的多晶硅中晶粒分布均勻，且含有大量的孿晶，由于孿晶的界面能很低，相對比較穩(wěn)定等優(yōu)點，由該方法制備的多晶硅具有位錯缺陷少的優(yōu)點，其電池效率比普通多晶硅要高0.2-0.6%，整錠硅片平均電池效率達到18.0%，最大效率高達18.4%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實施例中制備的多晶硅片端面宏觀圖，硅片中含有的大量孿晶。

【具體實施方式】
[0015]實施例1
選用48所⑶鑄錠爐進行鑄錠，按照上述技術(shù)方案的步驟將裝有500公斤料的石英坩堝送入鑄錠爐內(nèi)。抽真空后運行鑄錠工藝，完成鑄錠過程。硅錠開方后檢測，晶粒大小均勻—致。
[0016]所述多晶硅錠的鑄造方法在帶有坩堝的鑄錠爐內(nèi)實現(xiàn)；本實施例采用48所(?鑄錠爐；其步驟如下:
(1)在相'禍內(nèi)底部均勻涂刷一層厚度為0.001111111?5111111的粘合層；
(2)將10?3008顆粒狀硅均勻鋪灑在涂有粘合層的坩堝內(nèi)底部，根據(jù)不同大小坩堝，顆粒狀硅的鋪灑密度為0.000018/挪2?0.03^/01112；
(3)待顆粒狀硅料牢固粘合在坩堝內(nèi)底部后，采用常規(guī)噴涂法在坩堝內(nèi)底部制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層；
(4)向坩堝內(nèi)裝填5001?硅料后送入鑄錠爐鑄錠，獲得多晶硅錠。
[0017]其中，步驟(1)中所述的粘合層選自硅溶膠、聚乙烯醇、氮化硅粉中的至少一種。
[0018]步驟(2)中所述的顆粒狀硅純度為99.9999%、粒徑為10?100目。
[0019]步驟(4)裝填硅料時通過加入電活性摻雜劑硼硅合金來控制目標(biāo)電阻率為0.8?
-0111 ；硼鋁合金的使用量為10?10008 ； 步驟(4)所述鑄錠過程如下:待填裝有硅料的坩堝送入鑄錠爐后，抽真空并加熱，控制加熱器功率使鑄錠爐內(nèi)溫度逐步升到1530?15501，當(dāng)硅料熔化時，關(guān)閉隔熱籠，坩堝底部溫度控制在1410?14301 ；待硅料完全熔化后，降低加熱器溫度至1425?14321，降溫速度為50-2001作，對熔融狀態(tài)的硅料進行冷卻，使熔融的硅料在過冷狀態(tài)下穩(wěn)定30-90111111，有利于長晶初期形核的穩(wěn)定；將鑄錠爐內(nèi)的隔熱籠打開至4?10(3111，使坩堝底部熔融狀態(tài)的硅料以坩堝底部被氮化硅粉包裹的顆粒狀硅為籽晶快速形核結(jié)晶，形成形核源層，進入長晶初期；進入長晶初期后，控制加熱器溫度為1425?14401，提升隔熱籠，在形核源層縱向生長成一層均一的、樹枝狀的晶體，進入長晶中后期；長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，使晶體硅從坩堝底部從下往上完成定向凝固生長。
[0020]實施例2
選用48所⑶鑄錠爐進行鑄錠，按照上述技術(shù)方案的步驟將裝有650公斤料的石英坩堝送入鑄錠爐內(nèi)。抽真空后運行鑄錠工藝，完成鑄錠過程。硅錠開方后檢測，晶粒大小均勻—致。
[0021〕 所述多晶硅錠的鑄造方法在帶有坩堝的鑄錠爐內(nèi)實現(xiàn)；本實施例采用48所⑶鑄錠爐；其步驟如下:
(1)在相'禍內(nèi)底部均勻涂刷一層厚度為0.001111111?5111111的粘合層；
(2)將10?3008顆粒狀硅均勻鋪灑在涂有粘合層的坩堝內(nèi)底部，根據(jù)不同大小坩堝，顆粒狀硅的鋪灑密度為0.000018/挪2?0.03^/01112；
(3)待顆粒狀硅料牢固粘合在坩堝內(nèi)底部后，采用常規(guī)噴涂法在坩堝內(nèi)底部制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層；
(4)向坩堝內(nèi)裝填6501?硅料后送入鑄錠爐鑄錠，獲得多晶硅錠。
[0022]其中，步驟(1)中所述的粘合層選自硅溶膠、聚乙烯醇、氮化硅粉中的至少一種。
[0023]步驟(2)中所述的顆粒狀硅純度為99.9999%、粒徑為10?100目。
[0024]步驟(4)裝填硅料時通過加入電活性摻雜劑硼硅合金來控制目標(biāo)電阻率為0.8?
-0111 ；硼鋁合金的使用量為10?10008 ；
步驟(4)所述鑄錠過程如下:待填裝有硅料的坩堝送入鑄錠爐后，抽真空并加熱，控制加熱器功率使鑄錠爐內(nèi)溫度逐步升到1530?15501，當(dāng)硅料熔化時，關(guān)閉隔熱籠，坩堝底部溫度控制在1410?14301 ；待硅料完全熔化后，降低加熱器溫度至1425?14321，降溫速度為50-2001作，對熔融狀態(tài)的硅料進行冷卻，使熔融的硅料在過冷狀態(tài)下穩(wěn)定30-90111111，有利于長晶初期形核的穩(wěn)定；將鑄錠爐內(nèi)的隔熱籠打開至4?10(3111，使坩堝底部熔融狀態(tài)的硅料以坩堝底部被氮化硅粉包裹的顆粒狀硅為籽晶快速形核結(jié)晶，形成形核源層，進入長晶初期；進入長晶初期后，控制加熱器溫度為1425?14401，提升隔熱籠，在形核源層縱向生長成一層均一的、樹枝狀的晶體，進入長晶中后期；長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，使晶體硅從坩堝底部從下往上完成定向凝固生長。
[0025]獲得的硅錠經(jīng)過開方后，硅棒再經(jīng)過檢驗、截斷、平磨、倒角、切片等環(huán)節(jié)得到多晶硅片。硅片含有大量的孿晶和孿晶界，孿晶面積占硅片整體面積的95%以上，硅片端面宏觀圖片如圖1所示。把這種硅片制作成電池片，測得其平均效率達到18.0%以上，最高效率達18.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅錠的鑄造方法，所述方法在帶有坩堝的鑄錠爐內(nèi)實現(xiàn)；其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)在i甘禍內(nèi)底部均勻涂刷一層厚度為0.0Olmm?5mm的粘合層； (2)將顆粒狀硅均勻鋪灑在涂有粘合層的坩堝內(nèi)底部，顆粒狀硅的鋪灑密度為0.00001g/cm2?0.03g/cm2； (3)在坩堝內(nèi)底部制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層； (4)向樹禍內(nèi)裝填娃料后送入鑄淀爐鑄淀，獲得多晶娃淀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的粘合層選自硅溶膠、聚乙烯醇、氮化硅粉中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的顆粒狀硅純度為99.9999%、粒徑為10?100目。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)是采用噴涂法制備包裹有硅顆粒的氮化硅粉涂層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)裝填硅料時通過加入電活性摻雜劑來控制目標(biāo)電阻率為0.8?3Ω.cm。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述電活性摻雜劑為硼硅合金。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述鑄錠過程如下:待填裝有硅料的坩堝送入鑄錠爐后，抽真空并加熱，控制加熱器功率使鑄錠爐內(nèi)溫度逐步升到1530?15500C，當(dāng)硅料熔化時，坩堝底部溫度控制在1410?1430°C ;待硅料完全熔化后，降低加熱器溫度至1425?1432°C，降溫速度為50_200°C /h，對熔融狀態(tài)的硅料進行冷卻；將鑄錠爐內(nèi)的隔熱籠打開至4?10cm，使坩堝底部熔融狀態(tài)的硅料以坩堝底部被氮化硅粉包裹的顆粒狀硅為籽晶快速形核結(jié)晶，形成形核源層，進入長晶初期；進入長晶初期后，控制加熱器溫度為1425?1440°C，提升隔熱籠，在形核源層縱向生長成一層均一的、樹枝狀的晶體，進入長晶中后期；在長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，使晶體硅從坩堝底部從下往上完成定向凝固生長。
【文檔編號】C30B29/06GK104451870SQ201410738635
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】譚曉松, 喻鵬暉, 明亮, 段金剛, 黃 俊, 瞿海斌, 陳國紅 申請人:湖南紅太陽光電科技有限公司