[发明专利]一种多晶硅锭的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅铸造技术领域，具体涉及一种高效坩埚涂层辅助多晶硅铸造技术。

背景技术

在太阳能光伏领域中，晶体硅由于其原料来源及制备成本优势，占整个太阳能光伏领域的90%以上，而在晶体硅的制备过程中，又以铸锭技术为主导地位。目前，现有多晶硅铸造技术主要有普通多晶硅铸锭技术、有籽晶铸锭技术（包括有准单晶铸锭及目前较流行的高效多晶铸锭技术）、高效坩埚涂层辅助多晶硅铸锭技术。

这几种晶体硅铸锭技术的主要区别在于，准单晶铸锭与高效多晶铸锭在装料时必须在坩埚底部铺设有籽晶，也可称为有籽晶铸锭技术，且需保证该籽晶在后期熔化过程中不被完全熔化，以作为后期晶体生长的形核中心，否则就变成普通多晶铸锭。高效坩埚涂层辅助多晶硅铸锭技术是指在坩埚底部制作一层特殊的引晶层，用以促进铸锭初始的形核。在该铸锭技术中，硅料完全熔化，而不必像有籽晶铸锭技术那样需对籽晶进行保护，故可完全沿用传统多晶铸锭的热场和工艺，并能获得较传统普通多晶更高质量的多晶硅锭。目前有许多坩埚厂家及晶硅铸锭厂家对这种高效坩埚涂层辅助铸锭技术有着浓厚的兴趣，并已开展相关的研究，这对促进光伏行业发展，提升多晶铸锭技术意义重大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种多晶硅铸锭方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述多晶硅锭的铸造方法在带有坩埚的铸锭炉内实现；其步骤如下：

（1）在坩埚内底部均匀涂刷一层厚度为0.001mm～5mm的粘合层；

（2）将颗粒状硅均匀铺洒在涂有粘合层的坩埚内底部，颗粒状硅的铺洒密度为0.00001g/cm²～0.03g/cm²；

（3）在坩埚内底部制备包裹有硅颗粒的氮化硅粉涂层；

（4）向坩埚内装填硅料后送入铸锭炉铸锭，获得多晶硅锭。

优选地，步骤（1）中所述的粘合层选自硅溶胶、聚乙烯醇、氮化硅粉中的至少一种。

优选地，步骤（2）中所述的颗粒状硅纯度为99.9999％、粒径为10～100目。

优选地，步骤（3）是采用喷涂法制备包裹有硅颗粒的氮化硅粉涂层。

优选地，步骤（4）装填硅料时通过加入电活性掺杂剂来控制目标电阻率为0.8～3Ω·cm。

优选地，步骤（4）所述电活性掺杂剂为硼硅合金。

优选地，步骤（4）所述铸锭过程如下：待填装有硅料的坩埚送入铸锭炉后，抽真空并加热，控制加热器功率使铸锭炉内温度逐步升到1530～1550℃,当硅料熔化时，坩埚底部温度控制在1410～1430℃ ；待硅料完全熔化后，降低加热器温度至1425～1432℃，降温速度为50-200℃/h，对熔融状态的硅料进行冷却；将铸锭炉内的隔热笼打开至4～10cm，使坩埚底部熔融状态的硅料以坩埚底部被氮化硅粉包裹的颗粒状硅为籽晶快速形核结晶，形成形核源层，进入长晶初期；进入长晶初期后，控制加热器温度为1425～1440℃，提升隔热笼，在形核源层纵向生长成一层均一的、树枝状的晶体，进入长晶中后期；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，使晶体硅从坩埚底部从下往上完成定向凝固生长。

本发明具有易操作、得料率高、成本低等特点。采用本发明方法制成的太阳电池，电池效率比普通多晶硅要高0.2～0.6%，整锭硅片的平均电池效率达到18.0%，最大效率高达18.4%。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1) 本发明提供的高效坩埚涂层辅助多晶硅铸锭技术，通过在坩埚底部喷洒硅颗粒并包裹在氮化硅涂层中，以此层未被熔化的硅颗粒为籽晶，达到同质形核引晶的作用，生长的晶体硅缺陷少，质量高；

(2) 本发明方法熔化工艺和普通多晶熔化工艺一样，具有铸锭得料率高、成本低等特点，并且操作简单，易于大规模生产；

(3) 采用本发明方法制备的多晶硅中晶粒分布均匀，且含有大量的孪晶，由于孪晶的界面能很低，相对比较稳定等优点，由该方法制备的多晶硅具有位错缺陷少的优点，其电池效率比普通多晶硅要高0.2-0.6%，整锭硅片平均电池效率达到18.0%，最大效率高达18.4%。

附图说明

图1是实施例中制备的多晶硅片端面宏观图，硅片中含有的大量孪晶。

具体实施方式

实施例1

选用48所G5铸锭炉进行铸锭，按照上述技术方案的步骤将装有500公斤料的石英坩埚送入铸锭炉内。抽真空后运行铸锭工艺，完成铸锭过程。硅锭开方后检测，晶粒大小均匀一致。