[发明专利]一种用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法，具体应用在太阳能光伏行业的多晶铸锭炉生产中。

背景技术

准单晶技术可以明显提升多晶铸锭炉铸造准单晶锭的质量。根据公开资料，准单晶最早在2006年由BPSolar研制成功，随后国内晶澳、凤凰光伏、LDK、尚德、天合、昱辉、晶科等陆续发布其准单晶研究进展。但是准单晶技术存在很多瓶颈，多数企业生产成本居高不下，无法实现工业化生产。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法，克服传统高效多晶技术中，籽晶成本高，底部少子寿命低的问题，降低长晶过程中产生的位错，同时减少坩埚底部杂质扩散，从而提高相应硅片的质量。

实现上述目的而采取的技术方案，包括以下步骤：

a、将碎硅片铺于坩埚底部，坩埚其余空间可以装原生多晶硅或单、多晶循环料配料，装入多晶铸锭炉的炉体并封闭后，开始抽气、加热；

b、在化料阶段，保持底部部分碎硅片不被熔化掉，然后转入长晶阶段；

c、初期长晶，长晶阶段的前三个小时，速度为0.1-1.5厘米/小时；

d、中期长晶速度为1-1.8厘米/小时，后期长晶速度为0.4-1厘米/小时；

e、长晶过程完成后，进入退火、冷却步骤，冷却完成后取出多晶硅锭。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

由于采用了用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法，可以在普通铸锭的成本下提高铸锭质量，提升相应硅片转换效率。用碎硅片作为籽晶技术与准单晶技术相比，可以排除特殊单晶籽晶及籽晶切割成本，可以提升锭的可用切片比例，而转换效率可以达到与籽晶相接近的水平。克服传统高效多晶技术中，籽晶成本高，底部少子寿命低的问题，降低长晶过程中产生的位错，同时减少坩埚底部杂质扩散，从而提高相应硅片的质量。

具体实施方式

本方法包括以下步骤：

a、将碎硅片铺于坩埚底部，坩埚其余空间可以装原生多晶硅或单、多晶循环料配料，装入多晶铸锭炉的炉体并封闭后，开始抽气、加热；

b、在化料阶段，保持底部部分碎硅片不被熔化掉，然后转入长晶阶段；

c、初期长晶，长晶阶段的前三个小时，速度为0.1-1.5厘米/小时；

d、中期长晶速度为1-1.8厘米/小时，后期长晶速度为0.4-1厘米/小时；

e、长晶过程完成后，进入退火、冷却步骤，冷却完成后取出多晶硅锭。

所述的碎硅片包括IC硅片，太阳能单、多晶切割破片，所述碎硅片均为晶体状结构。

所述碎硅片铺于坩埚底部和保持底部部分碎硅片不被熔化掉的碎硅片其厚度在3毫米以上，碎硅片层数在两层以上。

所述碎硅片的最长方向尺度大于10毫米的料的总质量占坩埚底部铺的总的碎硅片质量和的30%以上。

所述碎硅片中的晶粒最长方向尺寸大于10毫米的晶粒面积占碎硅片总面积的30%以上。

本方法通过定向凝固来生长多晶硅锭的铸锭炉，定向凝固的动力来自于被动冷却，通过改变定向凝固块（助凝块）附近热辐射、热流，以及通过水冷、气冷的方式来定向改变温场，实现定向熔化，定向凝固。

    化料阶段料熔化的速度和剩余的高度，以及长晶阶段晶体生长的速度和晶体生长的高度，可以通过插石英棒来检测。 

化料阶段料熔化的速度和剩余的高度，以及长晶阶段晶体生长的速度和晶体生长的高度，可以通过界面检测设备来控制熔化和长晶速度，熔化和长晶高度。

本发明的工作原理：用碎硅片作为籽晶，使长晶初期同质形核，与无籽晶法相比（在氮化硅涂层上异质形核）形核点减少，一方面减少长晶初期晶粒间竞争相对较少，可以减少应力的积累和位错的形成，另一方面碎硅片的蓬松结构可以阻碍坩埚底部杂质的向硅料里面的扩散，最终使整个锭去掉头尾部分的位错减少，少子寿命提高，转换效率也有明显提升。

包括以下几个步骤：

将碎硅片均匀铺于陶瓷坩埚（主要成分SiO₂）底部，厚度在3毫米以上，碎硅片上面按正常装料方式装其它投炉料;

封闭炉室后，开循环水，抽真空至10-0.8Pa;

开始加热，逐步增大功率，在硅料熔化阶段开始通入氩气，气压保持在0.4-0.8个大气压，并维持一恒定气压；

调整铸锭炉温场，使底部碎硅片位置温度在熔点以下；

熔化后期分时间段测量剩余未熔化硅料高度，硅料熔化位置要到底部铺的碎硅片的最上层表面以下，最后保持3毫米厚度以上的碎硅片不被熔化掉；