[发明专利]一种低金属污染的全熔高效硅锭的制备方法

说明书

本发明公开了一种低金属污染的全熔高效硅锭的制备方法，包括以下流程：坩埚底部高纯层制作‑底部高效层制作‑氮化硅脱模层喷涂‑装料‑铸锭，本发明该制备方法通过在坩埚底部增加高纯层，提升高效层石英砂纯度和氮化硅脱模层纯度，达到了降低金属杂质对硅锭污染的目的，提升硅锭良率，通过减少坩埚中金属铁对硅锭的污染，减少了B‑Fe复合体的产生几率，达到降低硅片光衰率。

技术领域

本发明涉及一种低金属污染的全熔高效硅锭的制备方法，属于多晶硅铸锭领域。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要是利用GT Solar提供的定向凝固系统进行制备，该方法通常包括加热、熔化、长晶、退火和冷却等步骤，在凝固长晶过程中，通过对顶部温度和侧边保温罩开度进行控制，使得熔融硅液在坩埚底部获得足够的过冷度凝固结晶，由于常规多晶铸锭，底部形核为随机自发形核，无法得到有效控制，针对常规铸锭方式产生的多晶硅锭存在形核无法控制、硅锭内部错密度高、晶界多且无规则分布的问题，多晶技术人员基于控制形核的考虑推出了三种不同类型的多晶铸锭方式：其中一种为利用单晶引晶生长的原理、在坩埚底部铺设单晶板或块作为生长籽晶，控制形核形成类单晶硅片，其代表厂家如协鑫、凤凰光伏和昱辉等；第二种方式为在坩埚底部铺设碎硅料作为生长用籽晶，控制形核形成表面具有细小晶粒结构的高效多晶硅片，其典型产品如台湾中美矽晶的A4+硅片、赛维的M3硅片、协鑫的S2、S3硅片等；第三种方式与第二种方式相似，但底部不是用碎硅料作为形核源，而是利用底部铺设石英砂配合合适的喷涂铸锭工艺，最终形成进行细小颗粒，达到降低 位错，提升效率的目标，典型代表如环太的H3+，荣德的R3硅片。

上述三种方式通过不同的控制形核方式均有效提升了多晶硅锭的光电转换效率，类单晶硅片和细碎晶粒高效多晶硅片的光电转换效率均由普通硅片的16.8%~17.0%左右大幅提升到18.6%~18.9%之间，但也存在如下的问题：

1、类单晶硅片由于单晶籽晶贵，成本高，位错高，无法实现量产；

2、半熔高效由于底部硅料不完全熔化 ，铸锭良率低，成本高；

3、第三种方案，目前是最为经济高效的高效硅片制造方案，但硅锭直接与坩埚接触，导致金属杂质扩散宽度宽（4us以下宽度在45mm左右），铸锭良率相对偏低，且B-Fe复合原理，导致光衰高，对于进一步推动光伏平价上网造成了阻碍；因此，研发一种能克服以上缺陷的高效硅锭的制备方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种低金属污染的全熔高效硅锭的制备方法，该制备方法通过在坩埚底部增加高纯层，提升高效层石英砂纯度和氮化硅脱模层纯度，达到了降低金属杂质对硅锭污染的目的，提升硅锭良率，通过减少坩埚中金属铁对硅锭的污染，减少了B-Fe复合体的产生几率，达到降低硅片光衰率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种低金属污染的全熔高效硅锭的制备方法，包括以下流程：坩埚底部高纯层制作-底部高效层制作-氮化硅脱模层喷涂-装料-铸锭，其中：

（1）坩埚底部高纯层制作

金属含量不超过2ppm的高纯结晶砂与金属含量不超过5ppm的熔融石英砂搭配混合，按照质量比高纯结晶砂：熔融石英砂=3:7-5:5，随后球磨至粒径5-10um的高纯石英浆溶液，所得的高纯石英浆溶液固相比例在30%-40%；

将获得的高纯石英浆溶液利用刷涂的方法刷涂在坩埚表面，每只坩埚高纯石英浆溶液用量在800-1000g，后放入隧道窑中烘干，烘干温度为 50-60℃，烘干时间为1-2h，然后取出放置至室温，在坩埚底部形成高纯层；

（2）底部高效层制作

a.将步骤（1）中制得的高纯石英浆溶液，利用硅溶胶进行稀释作为底部高效层的粘结剂，其中，按质量比计高纯石英浆溶液：硅溶胶=3:7，