一种低缺陷多晶硅的铸锭方法技术

本发明专利技术提供一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，涉及多晶硅生产技术领域。包括以下步骤：坩埚预处理、铸锭预备、加热、熔融、长晶、退火、冷却。本发明专利技术克服了现有技术的不足，能有效提高硅熔体的对流强度，并且有效降低硅锭中底部红区高度和碳、氧等杂质浓度，使制得的多晶硅锭晶花均匀细长，位错密度低，引晶效果好，同时有效降低了多晶电池的光值衰减率，光电转高换效率高，利用价值高，产品合格率高。

A Low Defect Ingot Method for Polycrystalline Silicon

The invention provides an ingot method of low defect polycrystalline silicon, which relates to the technical field of polycrystalline silicon production. It includes the following steps: crucible pretreatment, ingot preparation, heating, melting, crystallization, annealing and cooling. The invention overcomes the shortcomings of the existing technology, effectively improves the convective strength of silicon melt, effectively reduces the height of red zone at the bottom of the silicon ingot and the concentration of impurities such as carbon and oxygen, makes the polycrystalline silicon ingot crystal flower uniform and slender, has low dislocation density and good crystallization effect, and effectively reduces the light value attenuation rate of the polycrystalline battery, has high photoelectric conversion efficiency, high utilization value and product combination. The rate is high.

【技术实现步骤摘要】
一种低缺陷多晶硅的铸锭方法
本专利技术涉及多晶硅生产
，具体涉及一种低缺陷多晶硅的铸锭方法。
技术介绍
随着光伏行业的迅猛发展，多晶硅电池凭借其较高的性价比一直占据光伏市场的主导地位。铸造多晶硅是制备太阳电池最主要的基本材料。由于铸造多晶硅中存在高密度的结构缺陷和杂质浓度，会对太阳电池片的转换效率产生影响。目前，光伏业内主流的利用单质硅作为籽晶辅助生长多晶硅铸锭的方法(叫半熔法)，降低多晶硅片中的晶体之间位错缺陷，以此提高多晶硅片的电学性能。由于半熔法铸造多晶硅锭，需精确控制底部籽晶剩余高度，导致底部的低少子寿命区域(红区)较高，缺陷较为严重使得硅锭得率低，并且在硅料熔化时对流形成弱，造成硅锭硬质点过多，下部籽晶开方切除后难以回收，同时电池的转换效率低等问题。因此，如何为电池生产提供转换效率更高、质量更稳定的硅片是光伏行业研究的热点。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，本专利技术克服了现有技术的不足，能有效提高硅熔体的对流强度，并且有效降低硅锭中底部红区高度和碳、氧等杂质浓度，使制得的多晶硅锭晶花均匀细长，位错密度低，引晶效果好，同时有效降低了多晶电池的光值衰减率，光电转高换效率高，利用价值高，产品合格率高。为实现以上目的，本专利技术的技术方案通过以下技术方案予以实现：一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，包括以下步骤：(1)坩埚预处理：采用硅溶胶将球状Si3N4颗粒固定在坩埚底部，并将Si3N4混悬液喷涂在坩埚的侧部，再将其在140-160℃条件下烘干；(2)铸锭预备：将多晶硅主料和辅料装入到铺设有球状Si3N4颗粒的坩埚内，后将坩埚送入铸锭炉中并且放置在DS块上，再在坩埚上罩设加热器，加热器外部为隔热笼，DS块下部为保温层；(3)加热：将铸锭炉抽真空至压强为0.02-0.006mbar，先快速升温至700-800℃，并保温加热2-3h，再缓慢升温至1170-1180℃，继续保温加热4-5h；(4)熔融：向铸锭炉内通入氩气，先快速升压至430-450mbar，并且快速升温至1450-1460℃，后保压熔融1-2h，再缓慢升压至550-600mbar，并且缓慢升温至1550-1560℃，后保压熔融20-22h；(5)长晶：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，先降温至1440-1450℃，再降温至1410-1420℃，后保温长晶10-12h；(6)退火：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，并且降温至1360-1370℃，保温退火3-4h；(7)冷却：继续向铸锭炉内通入氩气，先升压至850-860mbar，同时降温至390-410℃，后保压冷却3-5h，待铸锭炉内的温度为390-400℃时，继续向铸锭炉内通入氩气，并且升压至970-980mbar，后打开铸锭炉，自然冷却至室温得到产品。优选的，步骤(1)中球状Si3N4颗粒的粒度为0.1-2mm，铺设的厚度为2-5mm。优选的，步骤(2)中多晶硅主料和辅料分别为普通硅料和掺杂料，掺杂料为铬、锗和铋中的一种，且掺杂料与普通硅料质量的比为1-3:120。优选的，步骤(3)中先以50-70℃/min的速度快速升温，再以3-5℃/min的速度缓慢升温。优选的，步骤(4)中先以30-40℃/min的速度快速升温，以10-15mbar/min的速度快速升压，再以4-6mbar/min的速度缓慢升压，以1-3℃/min的速度缓慢升温。优选的，步骤(5)中先以3-5℃/min的速度降温，再以0.5-1.0℃/min的速度降温。优选的，步骤(6)中以5-10℃/min的速度进行降温。优选的，步骤(7)中先以0.8-1.2mbar/min的速度升压，同时以2-4℃/min的速度降温，后以5-7mbar/min的速度继续升压。本专利技术提供一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，与现有技术相比优点在于：(1)本专利技术采用0.1-2mm粒径范围的球状Si3N4颗粒作为籽晶生长多晶硅锭，能有效减小硅熔体对颗粒的溶蚀，该球状Si3N4颗粒利用其耐硅熔点1410℃以上超高温度的特性，有效提高坩埚内部硅熔体的对流强度，并且有效降低硅锭中底部红区高度和碳、氧等杂质浓度，从而使得在长晶初期获得对称性较高的晶粒群，进而获得较好的引晶效果，使制得的多晶硅锭晶花均匀细长，位错密度低，形核引晶效果好，且其光电转高换效率高达18.8-19.0％；(2)本专利技术采用共掺杂技术，在添加硅料的同时添加有掺杂料，并且以严格的质量比有效降低了多晶电池的光值衰减率，利用价值高，且本专利技术采用1550-1560℃高温熔化，硅液对流充分完全，利于铸锭排杂，硅锭硬质点少，质量稳定，下部籽晶开方切除短易于回收，清洗方便，产品合格率高。附图说明图1为本工艺采用球状Si3N4颗粒处理坩埚的埚底示意图；图2为半熔工艺采用硅碎粒处理坩埚的埚底示意图；图3为普通工艺采用无形核引晶功能涂层处理坩埚的埚底示意图；图4为本工艺脱模后埚底开裂示意图；图5为普通全熔工艺脱模后埚底开裂示意图；图6为本工艺脱模后粘埚示意图；图7为普通全熔工艺脱模后粘埚示意图；图8为本工艺开方后底部晶粒分布示意图；图9为普通全熔工艺开方后底部晶粒分布示意图；图10为本工艺开方后晶柱延续示意图；图11为普通全熔工艺开方后晶柱延续示意图；图12为本工艺T3截断示意图；图13为半熔工艺T3截断示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，包括以下步骤：(1)坩埚预处理：采用硅溶胶将球状Si3N4颗粒固定在坩埚底部，并将Si3N4混悬液喷涂在坩埚的侧部，再将其在140-160℃条件下烘干；(2)铸锭预备：将多晶硅主料和辅料装入到铺设有球状Si3N4颗粒的坩埚内，后将坩埚送入铸锭炉中并且放置在DS块上，再在坩埚上罩设加热器，加热器外部为隔热笼，DS块下部为保温层；(3)加热：将铸锭炉抽真空至压强为0.02-0.006mbar，先快速升温至700-800℃，并保温加热2-3h，再缓慢升温至1170-1180℃，继续保温加热4-5h；(4)熔融：向铸锭炉内通入氩气，先快速升压至430-450mbar，并且快速升温至1450-1460℃，后保压熔融1-2h，再缓慢升压至550-600mbar，并且缓慢升温至1550-1560℃，后保压熔融20-22h；(5)长晶：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，先降温至1440-1450℃，再降温至1410-1420℃，后保温长晶10-12h；(6)退火：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，并且降温至1360-1370℃，保温退火3-4h；(7)冷却：继续向铸锭炉内通入氩气，先升压至850-860mbar，同时降温至390-410℃，后保压冷却3-5h，待铸锭炉内的温度为390-400℃时，继续向铸锭炉内通入氩气，并且升压至970-980mbar，后打开铸锭炉，自然冷却至室温得到产品。其中，步骤(1)中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)坩埚预处理：采用硅溶胶将球状Si3N4颗粒固定在坩埚底部，并将Si3N4混悬液喷涂在坩埚的侧部，再将其在140‑160℃条件下烘干；(2)铸锭预备：将多晶硅主料和辅料装入到铺设有球状Si3N4颗粒的坩埚内，后将坩埚送入铸锭炉中并且放置在DS块上，再在坩埚上罩设加热器，加热器外部为隔热笼，DS块下部为保温层；(3)加热：将铸锭炉抽真空至压强为0.02‑0.006mbar，先快速升温至700‑800℃，并保温加热2‑3h，再缓慢升温至1170‑1180℃，继续保温加热4‑5h；(4)熔融：向铸锭炉内通入氩气，先快速升压至430‑450mbar，并且快速升温至1450‑1460℃，后保压熔融1‑2h，再缓慢升压至550‑600mbar，并且缓慢升温至1550‑1560℃，后保压熔融20‑22h；(5)长晶：保持铸锭炉内的压强为550‑600mbar，先降温至1440‑1450℃，再降温至1410‑1420℃，后保温长晶10‑12h；(6)退火：保持铸锭炉内的压强为550‑600mbar，并且降温至1360‑1370℃，保温退火3‑4h；(7)冷却：继续向铸锭炉内通入氩气，先升压至850‑860mbar，同时降温至390‑410℃，后保压冷却3‑5h，待铸锭炉内的温度为390‑400℃时，继续向铸锭炉内通入氩气，并且升压至970‑980mbar，后打开铸锭炉，自然冷却至室温得到产品。...

【技术特征摘要】
1.一种低缺陷多晶硅的铸锭方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)坩埚预处理：采用硅溶胶将球状Si3N4颗粒固定在坩埚底部，并将Si3N4混悬液喷涂在坩埚的侧部，再将其在140-160℃条件下烘干；(2)铸锭预备：将多晶硅主料和辅料装入到铺设有球状Si3N4颗粒的坩埚内，后将坩埚送入铸锭炉中并且放置在DS块上，再在坩埚上罩设加热器，加热器外部为隔热笼，DS块下部为保温层；(3)加热：将铸锭炉抽真空至压强为0.02-0.006mbar，先快速升温至700-800℃，并保温加热2-3h，再缓慢升温至1170-1180℃，继续保温加热4-5h；(4)熔融：向铸锭炉内通入氩气，先快速升压至430-450mbar，并且快速升温至1450-1460℃，后保压熔融1-2h，再缓慢升压至550-600mbar，并且缓慢升温至1550-1560℃，后保压熔融20-22h；(5)长晶：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，先降温至1440-1450℃，再降温至1410-1420℃，后保温长晶10-12h；(6)退火：保持铸锭炉内的压强为550-600mbar，并且降温至1360-1370℃，保温退火3-4h；(7)冷却：继续向铸锭炉内通入氩气，先升压至850-860mbar，同时降温至390-410℃，后保压冷却3-5h，待铸锭炉内的温度为390-400℃时，继续向铸锭炉内通入氩气，并且升压至970-980mba...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广森，
申请(专利权)人：安徽华顺半导体发展有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34