[发明专利]一种多晶硅锭浇铸装置及浇铸方法

说明书

本发明涉及一种多晶硅锭浇铸装置，属于光伏技术领域，它解决了现有技术中多晶硅锭晶体位错密度大的问题。本多晶硅锭浇铸装置包括炉体，炉体内设有可升降运动的隔热笼，隔热笼内设有坩埚、坩埚护板、石墨底板、石墨盖板、顶部加热器和侧部加热器，石墨底板放置在热交换平台上，坩埚放置在石墨底板上，热交换平台上设有辅助冷却装置，所述的辅助冷却装置可调节冷却温度。本多晶硅锭浇铸装置通过设置辅助冷却装置，可调节底部热交换平台的热交换效率，从而使得硅锭底部和侧部温度梯度均匀，消除固液界面的横向温差，从而使得长晶方向稳定，降低位错密度。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，涉及一种多晶硅锭的浇铸装置，特别是一种半熔法浇铸多晶硅锭的装置。

背景技术

太阳能发电是人类利用太阳能的重要手段，而太阳能电池则是实现光电转换的主要装置，太阳能电池的光电转换效率决定了太阳能源的利用转化率。近年来，世界太阳能电池的产量和装机容量每年都在30％的速度快速发展。目前，全球累计装机容量为25.4GW，预计到2020年全球装机容量将达到278GW。

目前，太阳能电池的种类不断增多，其中晶体硅太阳能电池尤其是多晶硅太阳能电池以较低的成本和较高的转换效率，在未来一段时期内仍将占据主导地位。但是，相对于传统能源，多晶硅太阳能发电成本相对较高，市场化率相对较低。从目前全球形势及整个行业的发展来看，提高多晶硅太阳能电池的转换效率、降低光伏组件的发电成本是光伏产业的必然趋势。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研究的热点。除电池工艺因素外，传统多晶硅片的位错密度过高是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。传统多晶硅片内的位错产生原因一方面是硅锭内碳含量过高，碳原子较硅原子半径小，会引起较大的晶格畸变，产生大量位错；另一方面是传统定向凝固方法的局限性，晶体生长初期，晶体内存在较大的位错密度，后期位错增殖，造成整锭位错密度过高，直接影响了太阳能电池的光电转化效率。

针对晶体生长初期生长不好的情况，可采用有籽晶高效多晶硅技术，即采用毫米级硅料作为形核中心进行外延生长，引导熔融的硅液固化时以高质量硅料为形核中心进行柱状生长。而晶体生长过程中，定向凝固时的温度梯度也是决定了晶体质量的重要一环，现有技术中采用的冷却方式最大的问题是固液相分离处温度不均匀，产生横向温差导致晶体生长取向性差，从而导致多晶硅锭的位错密度大，影响了太阳能电池的光电转化效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种温度梯度稳定的多晶硅锭浇铸装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种多晶硅锭浇铸装置，包括炉体，所述的炉体内设有可升降运动的隔热笼，所述的隔热笼内设有坩埚、坩埚护板、石墨底板、石墨盖板、顶部加热器和侧部加热器，所述的石墨底板放置在热交换平台上，所述的坩埚放置在石墨底板上，其特征在于，所述的热交换平台上设有辅助冷却装置，所述的辅助冷却装置可调节冷却温度。

在长晶过程中，为实现纵向温度梯度的变化，隔热笼上升后，由于底部硅锭不再进行加热，因此底部硅锭和周边温度降低，由于硅锭两侧的温度为自然下降，底部温度也是自然下降，在初始阶段，硅锭侧部和底部距离固液界面的距离相等，因此固液相交的界面在横向方向上温度相同，长晶过程顺利，但随着硅锭固液界面的上升，底部热交换和侧部热交换效率将明显不同，因为底部热交换处与固液界面越来越远，而固液界面的侧部与坩埚壁的距离始终不变，为了防止固液界面的侧部和中部温度不平衡导致出现横向温差，影响长晶方向，需要随着固液界面的提高，逐步提升硅锭底部的热交换效率，以达到固液界面温度均衡，不存在横向温差的目的。采用辅助冷却装置，可调节冷却效率，在长晶过程中不断提高底部的热交换效率，使得底部和侧部的温度梯度一致。

在上述的多晶硅锭浇铸装置中，所述的辅助冷却装置包括设置于热交换平台底部的冷却管路，所述的冷却管路外接氩气，所述的冷却管路的进气端设有变频压缩机。利用变频压缩机根据不同温度需求，提高气体流量，从而改变冷却速度，保证固液相面的横向温差尽可能小。