一种高效多晶硅的铸锭方法技术

一种高效多晶硅的铸锭方法，含以下步骤：(1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；(2)将硅料和电活性掺杂剂装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；(3)加热使硅原料和电活性掺杂剂完全熔化；(4)长晶初期，调节加热器温度为1425～1440℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在1～8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；(5)长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。采用本发明专利技术铸锭方法制成的多晶硅片，电池效率比普通多晶硅要高0.4-0.6%，整锭硅片的平均电池效率达到17.5%，最大效率高达18%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池
，具体涉及。
技术介绍
铸锭技术是太阳能行业的重要技术，其核心技术也在不断发展升级中。第一代铸锭技术采用硅液在坩埚或无坩埚条件进行，热流从底部或侧部流出，保持硅料逐渐凝固，其生长界面不可控，最终形成硅锭。第二代铸锭技术是定向凝固铸锭技术，主要通过控制固液界面温度，使硅液界面平坦或者微凸，硅液对流强，以此保证晶体定向生长。高效多晶硅铸锭制备技术可以说是第二代铸锭技术的发展，通过更为理想的温度梯度、界面形状来控制硅晶体的形核与生长，获得质量更好的多晶硅，及高效多晶硅。 仍然不景气，但各家都投入巨大的力量研发高效多晶硅。高效多晶硅铸锭的制备技术有很多种，有的依靠投入高质量的硅料(达到9N)制备的；有的通过对铸锭炉热场结构改造，控制硅片中的孪晶数量制备的；有的通过优化热场和工艺，控制硅晶体中的缺陷制备的。目前，已经有几家企业宣布了各自的高效多晶硅的相关产品。如今年5月赛维LDK高效多晶硅片M2发布会在上海世纪皇冠假日酒店举行，其高效多晶硅片M2的晶粒较小，位错等缺陷较少，制成的太阳能电池平均转换率比用普通多晶硅片高O. 3%-0. 5%。2012年3月，保利协鑫能源宣布成功研发出高效多晶硅片“鑫多晶SI+”，“鑫多晶SI+”的生产采用了保利协鑫制备的电子级多晶硅料，具有碳、氧及金属杂质浓度低、少子寿命高、掺杂分布均匀等特点。目前，铸造多晶硅太阳能电池已经成为最主要的光伏材料。但是铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，使电池的转换效率略低于直拉单晶娃太阳能电池。闻效多晶娃铸淀技术的出现，大幅提闻了多晶娃片的电池效率，直接降低了电池和组件的成本，必将成为新一代多晶硅铸锭技术的发展方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该铸锭方法具有易操作，成本低，可规模化生产等特点，并且采用本专利技术铸锭方法制成的太阳电池，电池效率比普通多晶硅要高O. 4^0. 6%，整锭硅片的平均电池效率达到17. 5%，最大效率高达18% ；且具有普通多晶硅电池的光致衰减率，其值小于-I. 6%。本专利技术的上述技术问题是通过如下技术方案来实现的，含以下步骤(I)对普通铸锭炉热场结构进行改造，在铸锭炉两侧加热器下方的5(Γ300_范围内设置隔热条；(2)将硅料和电活性掺杂剂装入石英坩埚内，把装好料的石英坩埚送进铸锭炉；(3)给加热器供电进行加热，使硅料和电活性掺杂剂熔化，完全熔化时坩埚底部温度控制在140(Tl420°C ；(4)长晶初期，调节加热器温度为1425 1440°C，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在f 8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；(5)长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，并保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。本专利技术步骤⑴中所述隔热条的高度优选为10(T250mm。本专利技术所述隔热条的宽度优选为8(Tl20mm。本专利技术中的隔热条可由碳毡等耐高温材料制成。本专利技术步骤(I)中在侧边加热器下方设置的隔热条，紧靠在隔热笼侧壁的保温材 料上，不影响进料和出锭等操作。本专利技术步骤⑵中所述电活性掺杂剂优选为硼、磷或镓，经掺杂后硅锭的目标电阻率范围优选为I. 5^2. 5 Ω · Cm。本专利技术步骤(3)中完全熔化时加热器温度优选为1540°C 1560°C。本专利技术步骤(3)中硅料和电活性掺杂剂熔化时，需将隔热底板关闭，直至原料全部熔化。本专利技术步骤(5)中将隔热底板以平均8mm/h的速度打开。本专利技术步骤(5)中生成含有大量孪晶的多晶硅切片后，硅片中的孪晶面积占整个硅片面积的80%以上。本专利技术具有如下优点(I)本专利技术提供的高效多晶硅的制备方法，采用特别的孪晶生长控制技术，通过对普通铸锭炉热场结构的简单改造，并对普通多晶工艺进行优化如长晶初期，调节加热器温度为1425 1440°C，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在f 8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体，然后以这一层树枝晶为籽晶，竖直向上定向生长成晶体硅；(2)采用本专利技术方法铸锭出来的高效率的多晶硅，具有易操作，成本低，可规模化生广等优点；(3)采用本专利技术铸锭方法制备的多晶硅中含有大量的孪晶，由于孪晶的界面能很低，相对比较稳定等优点，其电池效率比普通多晶硅要高O. 4^0. 6%，整锭硅片的平均电池效率达到17. 5%，最大效率高达18% ;且具有普通多晶硅电池的光致衰减率，其值小于-I. 6%。附图说明图I是实施例I中提到的改造后(A图)和改造如(B图)的铸淀炉不意图；其中，I、加热器；2、保温层；3、坩埚石墨护板；4、坩埚；5、隔热条；6、DS (热交换)块；7、隔热底板；图2是实施例I中制备的多晶硅片的端面腐蚀后的底部5mm内硅片中的树枝晶的宏观图片；图3是实施例I中制备的多晶硅片的中部硅片中含有的大量孪晶；图4是实施例I中制备的高效多晶硅电池片的效率分布图；图5是实施例I中制备的高效多晶硅电池片的衰减数据。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例I本实施例提供的闻效多晶娃的铸淀方法，含以下步骤(I)在普通铸锭炉的两侧加热器下方5(T200mm范围内位置支撑固定厚为150mm，宽度为80_的碳租,碳租紧靠侧壁绝热材料；(2)将硅原料和硼-硅合金装入坩埚，共计约480kg，目标电阻率为I. 5 Ω · cm ；(3)将装好硅料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空并加热，控制加热器使炉内温度逐步升高到1540°C，当硅原料和电活性掺杂剂熔化完全时，坩埚底部温度为1400°C ；(4)熔化后跳入长晶，长晶初期，快速将温度由1540°C降到1425°C，同时快速打开底部隔热底板至1cm，使硅晶体先从坩埚底部纵向生长，形成一层树枝状的晶体；(5)长晶中后期，以平均约1°C /h的降温速度控制加热器温度，同时将隔热底板以·平均8mm/h的速度打开，硅晶体将以这一层纵向的树枝晶为籽晶，垂直向上实现定向生长，经退火、冷却后得到多晶硅锭。获得的硅锭经过开方后成为25个硅方，硅方再经过切段、去头尾、研磨、倒角、切片等环节得到多晶硅片。取不同高度的硅片进行腐蚀，发现位于硅锭底部5_内的硅片含有明显的树枝晶，如图2所以；硅锭中部的硅片含有大量的孪晶和孪晶界，孪晶面积占硅片整体面积的80%以上，硅片端面腐蚀后的宏观图片如图3所示。把这种硅片制作成电池片，测得其平均效率达到17. 5%以上，最高效率达18%，其效率分布图如图4所示，取不同档位的电池片进行衰减测试，测试条件为在lOOOw/m2的光照条件下照射5h，测试结果显示光致衰减都< -I. 6%，达到多晶硅电池片的衰减要求，衰减数据如附图5所示。实施例2本实施例提供的闻效多晶娃的铸淀方法，含以下步骤(I)在普通铸锭炉加热器下方5(T250mm范围内位置支撑固定厚为200mm，宽度为90mm的碳租,碳租紧靠侧壁绝热材料；(2)将硅原料和硼-硅合金装入坩埚，共计约480kg，目标电阻率为I. 7 Ω · cm ；(3)将装好硅料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空并加热，控制加热器使炉内温度逐步升高到1540°C，当硅原料和电活性掺杂剂熔化完全时，坩埚底部温度为1405°C ;(4)熔化后跳入长晶，长晶初期，快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效多晶硅的铸锭方法，其特征是含以下步骤：(1)对普通铸锭炉热场结构进行改造，在铸锭炉两侧加热器下方50~300mm范围内设置隔热条；(2)将硅料和电活性掺杂剂装入石英坩埚内，把装好料的石英坩埚送进铸锭炉；(3)给加热器供电进行加热，使硅料和电活性掺杂剂熔化，完全熔化时坩埚底部温度控制在1400~1420℃；(4)长晶初期，调节加热器温度为1425~1440℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在1~8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；(5)长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，并保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新明，钟根香，明亮，
申请(专利权)人：东海晶澳太阳能科技有限公司，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：