[发明专利]一种缓冲式多晶硅籽晶铸锭熔化结晶工艺

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅的制备领域，具体涉及一种缓冲式多晶硅籽晶铸锭熔化结晶工艺。

背景技术

多晶硅是目前应用最为广泛的太阳能材料。近年来，多晶硅材料制备技术的进步已经使得标准多晶硅工艺制备的量产高效多晶硅电池的转换效率达到了17.8％-18％。但是，多晶硅电池的转换效率还不能满足人们对电池转换效率和成本的要求，这对多晶硅硅片材料提出了更高的要求：降低硅片的缺陷密度来提高硅片质量，降低硅片生产成本。

热应力是产生缺陷的重要因素之一，过快的晶体凝固速率将导致晶体中大量的热应力无法释放，这不仅仅导致硅锭中产生大量的晶体缺陷，而且这些缺陷会成为杂质的吸附中心，这进一步了降低硅片中载流子寿命。因此，需要对硅锭制备技术进行研究，降低硅锭缺陷密度。

降低硅片成本方法之一是提高硅锭的有效切片数量。硅锭中的红区是指在硅锭制备过程中形成的少子寿命低于2μs的区域。红区是硅锭中的无效区域，必须被去除，因此，红区的体积影响了硅锭的有效切片数，这是决定硅片生产成本高低的重要因素之一。研究降低红区体积的硅锭制备技术显得十分重要。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种缓冲式多晶硅籽晶铸锭熔化结晶工艺。

技术方案：一种缓冲式多晶硅籽晶铸锭熔化结晶工艺，包括如下步骤：

(1)多晶硅籽晶装料阶段：

步骤a、在坩埚底部铺设一层多晶硅块作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层；

步骤b、在籽晶层上码放小颗粒原生多晶硅料和细小多晶硅碎片，作为缓冲层；

步骤c、在缓冲层上交错叠加放置多层多晶硅晶砖，作为阻挡层，所述阻挡层的中心处共使用25块晶砖，边侧各用晶砖填满；

步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中的交错叠加放置的多层多晶硅晶砖中的缝隙填满；

步骤e、在阻挡层上逐层码放如下硅料：菜籽料、原生多晶硅料、头尾及边皮料，直至堆放硅料高出坩埚100-120mm；

(2)多晶硅籽晶铸锭熔化阶段：

装料完成后，首先将炉腔抽真空到腔体压力降至0.008mbar以下，然后开始加热熔化硅料，熔料过程采取功率控制的方式，快速将炉内的温度升至1150℃-1250℃，去除附着在硅料内的水分及油脂后，继续将硅料熔化温度提升至1500℃-1600℃，进行硅料熔化，熔料过程的时间为1200-1300分钟，使用石英棒测量熔化高度，直至籽晶呈现半熔状态；熔化结束后，缓慢向上提升隔热笼，进入长晶阶段；

(3)多晶硅籽晶长晶阶段：

设定所用铸锭炉的硅锭底部最终长晶温度为930℃-1050℃，降温速率α为0.146-0.186，即可开始进入长晶阶段，随着温度的下降，晶体硅自下而上地生长成柱状晶，直至柱状晶体完成生长。

作为优化：所述步骤a中的籽晶层厚度为12-18mm。

作为优化：所述步骤b中的缓冲层的填充高度为100-150mm。

作为优化：所述步骤c中多晶硅晶砖的长、宽、高分别为156mm、156mm、30-40mm。

作为优化：所述坩埚内侧壁上设有多晶硅晶砖作为保护层。

有益效果：本发明通过对不同硅锭降温速率工艺进行了研究，探索了低缺陷密度硅锭制备工艺。同时，为了减少籽晶层局部过熔对硅锭性能的影响，减少硅锭的红区体积，降低硅片生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；其中：1籽晶层，2缓冲层，3阻挡层，4硅料，5保护层，6坩埚；

图2是本发明中的不同结晶降温速率工艺曲线示意图；

图3是本发明为硅锭剖面的少子寿命与不同α的关系示意图，其中：(a)α₁＝0.507；(b)α₂＝0.369；(c)α₃＝0.166；

图4是本发明为不同α值对硅锭缺陷密度的影响示意图；

图5是本发明中的不同α值对应硅锭制备的太阳能电池转换效率分布与比例关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施例

如图1所示，一种缓冲式多晶硅籽晶铸锭熔化结晶工艺，包括如下步骤：

(1)多晶硅籽晶装料阶段：

步骤a、在坩埚6底部铺设一层多晶硅块作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层1，籽晶层1厚度为12-18mm；