[发明专利]多晶硅铸锭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电硅片制造技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭的制备方法。

背景技术

目前，提升太阳能电池效率的研究多集中在电池制作工艺的改良及高效电池结构的设计，前者如BSF技术，后者如三洋的HIT（Hetero junction with intrinsic Thinlayer结构，即在p型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与n型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜）结构电池，尽管可以制作出效率高出一般商用化产品的电池，但因制程过于复杂、成本过高，而难以大规模推广。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研究的热点。

除电池工艺因素外，传统多晶硅片的位错密度过高是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。传统多晶硅片内的位错产生原因一方面是硅锭内碳含量过高，碳原子较硅原子半径小，会引起较大的晶格畸变，产生大量位错；另一方面是传统定向凝固方法的局限性，晶体生长初期，晶体内存在较大的位错密度，后期位错增殖，造成整锭位错密度过高。上述位错产生的两个原因中后者占主要地位。

目前，在改善铸锭位错密度方面，已经做了大量的尝试，主要集中在两个方面：一、在坩埚底部喷涂一层高纯石英砂颗粒，石英砂颗粒之间的间隙限制了长晶初期晶核的长大，生产出小晶粒硅锭，利用晶界限制位错的增殖，从而制备出低位错密度的硅锭；二、在坩埚底部引入硅料作为形核中心，在铸锭过程中保持底部硅料部分熔化，使铸锭在未熔化的硅料上生长，制备出小晶粒硅锭。

以上两种方法，各有优缺点，第一种，由于在石英砂上进行晶体生长，属于异质形核，铸锭的质量波动较大，但成本较低；第二种方法，晶体质量高，重复性好，但因底部硅料未熔化的原因，造成铸锭良率下降，成本增加。

因此，有必要提供一种兼顾成本和质量的方法，在保证良率的同时，提高晶体质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品质多晶硅铸锭的制备方法，为实现上述发明目的，本发明提供一种多晶硅铸锭的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、制备均匀分散有颗粒硅及石英砂的浆料；

S2、将所述浆料倒入坩埚内，在预定温度烘干后，烧结制得颗粒硅形核层；

S3、在所述坩埚内加入多晶硅料，并将该装有多晶硅料的坩埚放置于一定向凝固铸锭炉中抽真空，并加热使所述多晶硅料融化进入长晶阶段；

S4、进入长晶阶段后调节控温电偶的温度和侧部隔热笼向上移动的速率，使热量向下辐射而使熔融硅在所述颗粒硅形核层上形核结晶；

S5、待所述熔融硅结晶完后经退火和冷却形成多晶硅铸锭。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述的颗粒硅的尺寸为0.5~1mm。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述的石英砂的尺寸为0.2~0.4mm。

作为本发明的进一步改进，步骤S1具体包括：

将颗粒硅及石英砂均匀混合，再加入纯水和凝结剂，并搅拌制得均匀分散有颗粒硅及石英砂的浆料。

作为本发明的进一步改进，所述颗粒硅、石英砂、和纯水的比例按重量计为1：1~2：2~3。

作为本发明的进一步改进，所述凝结剂选自电子级的纳米硅溶胶和/或电子级聚乙烯醇溶液。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述浆料填充所述坩埚的深度为3~5mm。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中烘干的预定温度为70~80℃，烘干时间为2~3小时。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中烧结温度为1050~1100℃，烧结时间为4~6小时。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中使所述多晶硅融化的温度控制在1540~1550℃。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述的控温热电偶的温度调节范围为1400~1430℃。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述的侧部隔热笼向上移动的速率为0.5~0.6cm/h。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述的侧部隔热笼的最高移动位置为15cm。