[发明专利]一种多晶硅铸锭工艺

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅铸锭技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭工艺。

背景技术

光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上（即非硅杂质总含量在1ppm以下），否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶硅片生产技术有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4（每个硅锭重约270公斤，可切4×4=16个硅方)进步到G5(5×5=25个硅方），然后又进步到G6(6×6=36个硅方)。并且，所生产多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶硅铸锭的制造成本逐步降低。目前，如何制造出体积更大的多晶硅铸锭，是降低制造成本的重要措施。

实际生产过程中，太阳能多晶硅铸锭时，需使用石英坩埚来填装硅料，且将硅料投入石英坩埚后，通常情况下还需经预热、熔化（也称熔料）、长晶（也称定向凝固结晶）、退火、冷却等步骤，才能完成多晶硅铸锭过程。实际进行多晶硅铸锭时，长晶过程的控制直接影响到铸锭成品的质量和成品率，如果晶体生长稳定可以获得较高的少子寿命和较好的成品率；如果晶体生长过程控制不好，可能导致粘埚、晶裂、硬质点、微晶等缺陷，直接影响成品率。而现如今，进行多晶硅铸锭时，大多数厂家均不能对长晶过程进行准确控制，从而导致粘埚、晶裂、硬质点、微晶等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶硅铸锭工艺，其方法步骤简单、设计合理、实现方便且易于掌握、使用效果好，能对多晶硅铸锭长晶过程进行合理控制，并有效提高多晶硅铸锭质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多晶硅铸锭工艺

一种多晶硅铸锭工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

步骤一、预热：采用铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行预热，并将所述铸锭炉的加热温度逐步提升至T1；预热时间为6h～10h，其中T1=1165℃～1185℃；

步骤二、熔化：采用所述铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行熔化，直至坩埚内的硅料全部熔化；熔化温度为T1～T5；其中T5=1540℃～1560℃；

本步骤中熔化过程中，向所述铸锭炉内充入惰性气体并将所述铸锭炉内气压保持在Q1，其中Q1=550mbar～650mbar；

步骤三、长晶：将所述铸锭炉的加热温度由T5逐渐降至T6后，开始进行定向凝固并进入长晶过程，其中T6为多晶硅结晶温度且T6=1420℃～1440℃；长晶过程如下：

步骤301、将所述铸锭炉的加热温度控制在T6，并保温50min～70min；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度为60mm～100mm；

步骤302、将所述铸锭炉的加热温度控制在T6，并保温100min～140min；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤301中的提升高度相同；

步骤303、将所述铸锭炉的加热温度控制在T6，并保温160min～200min；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度为105mm～115mm；

步骤304、将所述铸锭炉的加热温度由T6逐渐降至T7，降温时间为7h～9h；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度为205mm～215mm；其中，T7=1405℃～1425℃；

步骤305、将所述铸锭炉的加热温度控制在T7，并保温7h～9h；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤304中的提升高度相同；

步骤306、将所述铸锭炉的加热温度控制在T7，并保温7h～9h；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤304中的提升高度相同；

步骤307、将所述铸锭炉的加热温度由T7逐渐降至T8，降温时间为4h～5.5h；本步骤中，所述铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤304中的提升高度相同；其中，T8=1395℃～1415℃；

步骤四、退火及冷却：步骤三中长晶过程完成后，进行退火与冷却，并获得加工成型的多晶硅铸锭。

上述一种多晶硅铸锭工艺，其特征是：步骤三中长晶过程完成后，获得多晶硅锭，所述多晶硅锭分为高度为h1的顶部节段、高度为h1的底部节段和连接于所述顶部节段与所述底部节段之间的中部节段；步骤四中对所述多晶硅锭进行退火与冷却，并获得加工成型的多晶硅铸锭；其中，h1=30mm～55mm；