[发明专利]一种多晶硅铸锭生长控制方法及工艺

说明书

本发明公开了一种多晶硅铸锭生长控制方法及工艺，坩埚顶部和底部之间的温度差作为一个新引入的参数△t进行控制多晶硅铸锭生长工艺的长成，铸锭制备工艺过程中，曲线△t先增加后减小，再增加最后降到0，当△t峰值达到最大时，坩埚中的硅料开始熔化，直到硅料完全熔化时，△t会出现一个极小值的尖契，△t尖契的温度不可低于160℃，一旦低于这个温度，坩埚底部的籽晶层会出现熔穿现象，导致红区升高，同时坩埚边角处的红区会沿坩埚壁向上延伸，△t峰值判断法，可以作为硅锭铸锭过程的判断依据，并提供一种多晶硅铸锭生长工艺，本发明优点降低多晶硅中红区厚度，提高多晶硅的质量，提高多晶硅的利用效率，降低成本。

技术领域

本发明专利涉及一种多晶硅生产领域，具体涉及一种多晶硅铸锭生长控制方法及工艺。

背景技术

截至2017年，全国的能源消耗还是以不可再生能源为主，可再生资源占能源总量不足10％，所以各国都在支持发展清洁能源，其中最为突出的就是太阳能。太阳能电池主要有三大类：晶硅、薄膜和聚光，被人们利用最多的是晶硅电池，它具有高转换效率、高性价比的优点。而晶硅电池中的多晶硅因价格低廉被广泛用于光伏行业，国内外多晶硅材料在技术和成本上都有所改良，这加速扩展了光伏市场的发展。

太阳能级晶硅材料的质量由晶硅中的缺陷密度决定，位错、晶界和金属杂质是造成晶体缺陷的主要因素，目前主要的太阳能电池是单晶硅和多晶硅电池，分别占到世界总出货量的49％和47％，单晶硅采用柴可拉斯基法制备，多晶硅采用定向凝铸法制备，多晶硅采用的定向凝铸法是近年来发展起来的新型的硅材料生长方法，定向凝铸法是将硅原料放置在一个坩埚，通过将硅原料熔化-再结晶获得沿生长方向整齐排放的柱状晶组织的方形硅锭，可以通过在坩埚底部放置籽晶层的方法提高多晶硅的质量，现有的多晶硅铸锭生长工艺制备出来的多晶硅上的籽晶层容易熔穿，严重影响多晶硅锭良率，其主要因素是在多晶硅锭中存在着的红区，所谓红区主要是指少数载流子寿命小于2μs的硅锭区域，多晶硅锭中的红区主要分布在底部和顶部，多晶硅铸锭生长工艺中的籽晶层熔穿会是红区的厚度增加，但在在定向凝铸法生长的多晶硅锭中红区不能应用于太阳能电池生产，需要被切除，造成生产出来的多晶硅锭利用率低下，造成浪费。

发明内容

发明的目的：本发明的目的在于提供一种多晶硅铸锭生长控制方法，减少多晶硅铸锭时红区生成的厚度。

本发明采用的技术方案：一种多晶硅铸锭生长控制的控制方法，根据热传导原理，利用坩埚上下温度差变化作为控制铸锭过程的依据，当△t达到极大值时，坩埚中的硅料从整体加热开始进入熔化状态，此时的热传递方式从固体的热传导，逐渐的向融体的热对流变化，顶部的硅料熔化后逐渐向下渗透，将顶部的热量带入底部，提高了底部的温度，从而△t逐渐减小，由于硅融体的密度大于硅晶体的密度，当部分的硅熔化后，剩余未熔化的晶体将始终位于硅融体的顶部，此时△t基本保持不变，待硅料全部熔化后，△t又有所上升，即为硅料完全熔化，此时应开始进入结晶阶段，并停止加热，当硅锭开始结晶时，随着结晶潜热的释放，大大提高了籽晶层的温度，此时出现了△t的最小极值尖契，随着隔热笼的提升，多晶硅锭逐渐从底部向上生长，由于顶部融体的温度不变，△t逐渐增大，当硅锭完全结晶后，△t基本保持不变，最后△t随着自然冷却逐渐减小到0。

优选的，所述在△t的最小极值尖契时，△t的值不能小于160℃。

一种多晶硅铸锭生长工艺，包括:

(1)在坩埚中先放入籽晶层，再将硅料放置在籽晶层上，并将坩埚装入多晶铸锭炉内，所述多晶铸锭炉中设有两个温度传感器TC1和TC2，TC1温度传感器设置在硅料上方，即顶部侧壁加热器位置，TC2温度传感器设置坩埚下端，即底部中心位置；

(2)将所述多晶铸锭炉抽真空并使炉中的气体低于0.008mbar，同时并对多晶铸锭炉进行检漏排查，检漏排查通过后，进行加热；

(3)进行加热硅料除杂，即先将多晶铸锭炉中的温度加热到1100-1200℃，并在该温度下保持1100-1250min；