一种半熔高效多晶硅铸锭工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，包括以下步骤：装料、抽真空、加热、熔化、长晶、退火及冷却。本发明专利技术通过在未熔化硅料表面形核并长晶可以使晶粒大小均匀，电池片的平均光电转换效率可达17.5％以上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，包括以下步骤：装料、抽真空、加热、熔化、长晶、退火及冷却。本专利技术通过在未熔化硅料表面形核并长晶可以使晶粒大小均匀，电池片的平均光电转换效率可达17.5%以上。【专利说明】-种半熔高效多晶硅铸锭工艺
本专利技术涉及一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，属于光伏
。
技术介绍
多晶硅铸锭技术是光伏行业的重要技术，铸锭质量的好坏直接影响后续工艺及产 品的质量。目前公知的铸锭工艺过程主要分为七个阶段，包括装料、抽真空、加热、熔化、长 晶、退火、冷却。熔化以全熔为主：即将石英坩埚内的硅料完全熔化，长晶时硅液在石英坩埚 底面及侧壁上形核长大，最终形成硅锭。此种方法生产出的多晶硅锭晶粒大小不均、晶向杂 舌L，电池片的平均光电转换效率在17. 3 %左右。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，即在熔化过程 中不使坩埚中硅料全部熔化，而是保证坩埚底部附近硅料保持固态；在长晶开始时熔融硅 液直接在未熔化硅料表面形核并长晶，最终形成硅锭。 本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，包括 以下步骤： 1)将单晶硅碎片或多晶硅碎片均匀铺设在石英坩埚底部，使碎片层厚度达到 20mm?30mm，然后依次进行抽真空、加热，得到加热后的碎片层； 2)将铸锭炉加热器的温度升到1500°C?1540°C，再将隔热笼高度从0提升至 40臟，当温度达到1540°C?1560°C时，再次提升隔热笼从40mm至50臟，并保持温度不变，熔 化3?4小时，然后使用石英棒测量未熔化碎片层厚度，在石英坩埚底部单晶硅碎片或多晶 硅碎片层剩余15?20mm没有熔化时降低铸锭炉加热器的温度至1430°C，石英坩埚底部定 向凝固石墨块温度控制在1350?1370°C，以保证单/多晶硅碎片层10?15mm不熔化，降 低铸锭炉加热器设定温度由1560°C降至1432°C ; 3)将隔热笼由50mm提升至230mm，提升速度为5?IOmm/小时，然后再降低铸锭 炉加热器的温度，进行长晶； 4)长晶后，再依次进行退火、冷却，既得到所述半熔高效多晶硅铸锭。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术通过在未熔化硅料表面形核并长晶可以使晶粒大小均匀，电池片的平均光 电转换效率可达17. 5%以上。 在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。 进一步，在步骤1)中，所述抽真空的工艺条件如下：极限真空0. 007mbar,漏率 0·007mbar/5min〇 进一步，步骤1)中，所述加热的具体步骤如下：在功率模式下，功率由0提升至 70 %，温度由常温提升至1175 °C。 进一步，步骤2)中，所述使用石英棒测量未熔化碎片层厚度的具体步骤如下：石 英棒通过铸锭炉顶部预留口向下插入铸锭炉内的石英坩埚中，提前测量出预留口到石英坩 埚底部的距离作为参考值，测量时将石英棒插至硅料固液界面得到石英棒在预留口之上的 长度，由此得出未熔化碎片层厚度，具体公式如下： 未熔化碎片层厚度=参考值-(石英棒长度-石英棒在预留口之上的长度）。 进一步，所述石英棒的长度为2?2. 2m，直径为9mm。 进一步，步骤3)中，所述铸锭炉加热器的温度从1432°C降至1403°C。 进一步，步骤3)中，所述进行长晶的时间为30?60分钟。 进一步，步骤4)中，所述进行退火的具体步骤如下：温度由1403°C降至1370°C并 保持1?2小时；然后在功率模式下，通过2个小时功率由40%降至20%。 进一步，步骤4)中，所述进行冷却的具体步骤如下：经过3?4小时，功率由20% 降至〇%，隔热笼由Omm提升至30mm，然后经过8?10小时，隔热笼由30mm提升至360mm， 温度降至350°C后自动触发结束程序。 进一步，所述单晶硅碎片或多晶硅碎片的直径为10?20mm，厚度为0. 18? 0. 2mm〇 【具体实施方式】 以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限 定本专利技术的范围。 实施例1 -种半熔高效多晶硅铸锭工艺，包括以下步骤： 1)装料： 将单晶硅碎片或多晶硅碎片均匀铺设在石英坩埚底部，单晶硅碎片或多晶硅碎片 的直径为1〇臟，厚度为〇· 18臟，使碎片层厚度达到20mm。 2)抽真空：极限真空 0· 007mbar，漏率 0· 007mbar/5min。 3)加热：在功率模式下，功率由0提升至70%，温度由常温提升至1175°C。 4)熔化： 将铸锭炉加热器的温度升到1500°C，再将隔热笼高度从0提升至40mm，当温度 达到1540°C时，再次提升隔热笼从40mm至50臟，并保持温度不变，熔化3小时，然后使用 石英棒测量未熔化碎片层厚度，在石英坩埚底部单晶硅碎片或多晶硅碎片层剩余15_没 有熔化时降低铸锭炉加热器的温度至1430°C，石英坩埚底部定向凝固石墨块温度控制在 1350°C，以保证单/多晶硅碎片层IOmm不熔化，降低铸锭炉加热器设定温度由1560°C降至 1432 0C ； 所述使用石英棒测量未熔化碎片层厚度的具体步骤如下：石英棒通过铸锭炉顶部 预留口向下插入铸锭炉内的石英坩埚中，提前测量出预留口到石英坩埚底部的距离作为参 考值，测量时将石英棒插至硅料固液界面得到石英棒在预留口之上的长度，由此得出未熔 化碎片层厚度，具体公式如下： 未熔化碎片层厚度=参考值_(石英棒长度-石英棒在预留口之上的长度）。 所述石英棒的长度为2m，直径为9mm。 5)长晶： 将隔热笼由50mm提升至230mm，提升速度为5mm/小时，然后再降低铸锭炉加热器 的温度从1432°C降至1403°C，进行长晶，时间为30分钟。 6)退火： 温度由1403°C降至1370°C并保持1小时；然后在功率模式下，通过2个小时功率 由40%降至20%。 7)冷却： 经过3小时，功率由20%降至0%，隔热笼由Omm提升至30臟，然后经过8小时，隔 热笼由30mm提升至360mm，温度降至350°C后自动触发结束程序。 实施例2 一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，包括以下步骤： 1)装料： 将单晶硅碎片或多晶硅碎片均匀铺设在石英坩埚底部，单晶硅碎片或多晶硅碎片 的直径为20mm，厚度为0· 2mm，使碎片层厚度达到30mm。 2)抽真空：极限真空 0· 007mbar，漏率 0· 007mbar/5min。 3)加热：在功率模式下，功率由0提升至70%，温度由常温提升至1175°C。 4)熔化： 将铸锭炉加热器的温度升到1540°C，再将隔热笼高度从0提升至40mm，当温度 达到1560°C时，再次提升隔热笼从40mm至50mm，并保持温度不变，熔化4小时，然后使用 石英棒测量未熔化碎片层厚度，在石英坩埚底部单晶硅碎片或多晶硅碎片层剩余20_没 有熔化时降低铸锭炉加热器的温度至1430°C，石英坩埚底部定向凝固石墨块温度控制在 1370°C，以保证单/多晶硅碎片层15mm不熔化，降低铸锭炉加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半熔高效多晶硅铸锭工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)将单晶硅碎片或多晶硅碎片均匀铺设在石英坩埚底部，使碎片层厚度达到20mm～30mm，然后依次进行抽真空、加热，得到加热后的碎片层；2)将铸锭炉加热器的温度升到1500℃～1540℃，再将隔热笼高度从0提升至40mm，当温度达到1540℃～1560℃时，再次提升隔热笼从40mm至50mm，并保持温度不变，熔化3～4小时，然后使用石英棒测量未熔化碎片层厚度，在石英坩埚底部单晶硅碎片或多晶硅碎片层剩余15～20mm没有熔化时降低铸锭炉加热器的温度至1430℃，石英坩埚底部定向凝固石墨块温度控制在1350～1370℃，以保证单/多晶硅碎片层10～15mm不熔化，降低铸锭炉加热器设定温度由1560℃降至1432℃；3)将隔热笼由50mm提升至230mm，提升速度为5～10mm/小时，然后再降低铸锭炉加热器的温度，进行长晶；4)长晶后，再依次进行退火、冷却，既得到所述半熔高效多晶硅铸锭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张红光，林哲，张建超，任运鸿，赵兵，李书声，
申请(专利权)人：北京京仪集团涿鹿光伏材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13