[发明专利]提高多晶硅片转换效率的多晶铸锭工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池铸锭技术领域，具体涉及一种提高多晶硅片转换效率的多晶铸锭工艺。

背景技术

多晶铸锭是采用热交换法使用铸锭炉将硅料熔化为液体后定向生长重新结晶。由于定向凝固只能是单方向散热，横向不能散热，即横向温度梯度趋于零，而坩埚和加热器又固定不动，因此随着凝固的进行，热场的等温度线会逐步向上推移，同时又必须保证无横向热流。液-固界面逐步向上推移时，但随着界面逐步向上推移，温度梯度逐步降低直至趋于零。由于多晶铸锭在光伏行业中硅片占有很大一部分成本，因此在整个光伏行业为降低各环节生产成本的前提下，提高硅片的转换效率是更好的降低成本的一个很好的解决途径。同时，在目前多晶铸锭硅片都在以高效多晶硅片为发展方向，以提高转换效率为目标。但是目前的多晶铸锭制备的多晶硅片普遍存在转换效率不高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前的多晶铸锭制备的多晶硅片普遍存在转换效率不高的问题，提供一种提高多晶硅片转换效率的多晶铸锭工艺。通过该工艺，消除了铸锭炉子热场横向温度梯度对长晶的不利影响，同时保证了长晶速度的均衡、稳定和垂直长晶，从而极大地提高了多晶硅片的转化效率，进而间接地降低了光伏行业中的生产成本。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高多晶硅片转换效率的多晶铸锭工艺，包括坩埚喷涂、装料、熔化和晶体生长，晶体生长包括长晶初期、长晶中期和长晶后期，长晶初期，控制隔热笼的打开速度为0.003-0.15cm/min，持续时间为30-180min，使隔热笼的开度达到3-8cm；长晶中期，控制隔热笼的打开速度为0.0075-0.009cm/min，持续15-30h；长晶后期，控制隔热笼的打开速度为0.004--0.006cm/min，持续直到中心长晶结束，使隔热笼的开度达到15-20cm。

由于多晶硅锭是一种柱状晶，晶体生长方向垂直向上，是通过定向凝固过程来实现的，且在结晶过程中，通过控制温度场的变化，形成单方向热流，因此在晶体生长过程中，散热的控制以间接控制温度和降温速率尤为关键。本发明的工艺通过对隔热笼的打开速度的严格控制，从而控制散热，进而控制温度场的变化，为晶体生长提供最适合的环境，从而提高晶体的质量，使得得到的多晶硅片的转化效率得到更好的提升。

对于散热、温度以及降温速率的控制，具体如下：长晶初期快速打开隔热笼可以形成较大的纵向温度梯度从而促使长晶，同时快速打开可以使温度快速散热可以使底部引导长晶的碎料合理的引导我们所要求的低位错和低缺陷的晶粒。在长晶初期引导好晶粒后，中期就要求温度和热场稳定，以保持晶粒持续生长，达到形成低位错和低缺陷的晶粒的目的。而在长晶在后期温度控制是为使晶粒在顶部同样达到低位错和均匀的晶粒，从而更有效控制长晶过程。

作为优选，所述长晶初期的温度控制为1410-1440℃。此温度可以促使快速长晶，并更好地引导晶粒的生长，稳定的温度和稳定热场能够更好的控制生长速度。

作为优选，所述长晶中期结束后的温度控制为1405-1430℃。中期需要稳定的温度和稳定热场以利于晶粒的生长和持续，从而与初期温度配合和延续。

作为优选，所述长晶后期结束后的温度控制为1400-1423℃。为完成长晶及后续长晶对杂质和缺陷的控制要对温度进行控制。

作为优选，所述长晶初期的温度控制为1435-1440℃，长晶中期结束后的温度控制为1420-1430℃，长晶后期结束后的温度控制为1410-1420℃。平缓的温度降低可以更好的促使结晶，使结晶后的晶体位错更低，且缺陷更少。

作为优选，所述熔化时控制炉体内温度为1550℃，炉底温度为1300-1380℃。

控制炉体内温度为1550℃以熔化硅料，如果温度过高，会导致炉子超温报警而停止运行并带来安全风险；如果温度低，会导致化料的时间长浪费电；炉底温度控制在1300-1380℃，是为了保持炉底的硅料不熔化，目的是为了使我们预留在底部的晶种能更好的引导长晶和控制晶粒要求，从而减少位错和缺陷；如果炉底温度过高，会使底部硅料熔化，影响后续的结晶，如果炉底温度过低，会出现晶粒没有受到控制，出现高位错和高缺陷的晶粒从而降低转换效率；

作为优选，所述装料时，预先在硅料底部放置一层氧化铝晶体颗粒、SiC或单晶片。