本發(fā)明屬于多晶硅熔化領(lǐng)域，涉及一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。

背景技術(shù)：

熔化是鑄錠過程中非常重要的階段，硅料熔化的快慢、熔化的均勻性對(duì)于半熔工藝顯得非常重要。一般來(lái)說(shuō)，由于鑄錠爐的加熱器位于鑄錠爐的頂部和側(cè)壁，因此，爐內(nèi)硅料的熔化主要是從頂部開始，然后逐漸向下熔化。在重力的作用下，熔融的硅液會(huì)向下滲透，在滲透的過程中逐漸熔化通過路徑上的硅料，最后達(dá)到全部熔化的目的。但是，由于硅料的尺寸大小不一，硅料的成分也不均勻，因此，必然有的地方熔化快，有的地方熔化慢。當(dāng)熔化快的區(qū)域到達(dá)籽晶層后，開始熔化籽晶層，而熔化慢的區(qū)域還沒有接觸到籽晶層，一般來(lái)說(shuō)，籽晶層的厚度僅有15-20mm，因此，如果有區(qū)域熔化特別快的話，必然造成在該區(qū)域的籽晶層的過熔甚至熔穿，如果考慮到熔化溫度分布不均勻，某些區(qū)域的熔化更快，更容易造成籽晶層的熔穿。當(dāng)籽晶層被熔穿后，其成核基底情況發(fā)生變化。由同質(zhì)基底變?yōu)楫愘|(zhì)基底。異質(zhì)基底由于晶格結(jié)構(gòu)的失配，引入雜質(zhì)等多種原因，易于在硅錠結(jié)晶的初期引入大量的缺陷簇，這些缺陷簇形成后會(huì)沿著結(jié)晶方向快速擴(kuò)展，形成缺陷網(wǎng)絡(luò)，造成硅錠質(zhì)量下降，因此，需要采用一種更好的裝料方式避免過熔區(qū)域的形成，減少缺陷簇發(fā)生的概率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種避免過熔區(qū)域的形成，減少缺陷簇發(fā)生概率的緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：

步驟a、在坩堝底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層；

步驟b、在籽晶層上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層；

步驟c、在緩沖層上碼放一層多晶硅晶磚，作為阻擋層，所述阻擋層的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；

步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的多晶硅晶磚的縫隙填滿；

步驟e、在阻擋層上逐層碼放如下硅料：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-120mm。

作為優(yōu)化：所述步驟a中的籽晶層厚度為12-18mm。

作為優(yōu)化：所述步驟b中的緩沖層的填充高度為100-150mm。

作為優(yōu)化：所述步驟c中多晶硅晶磚的長(zhǎng)、寬、高分別為156mm、156mm、30-40mm。

作為優(yōu)化：所述坩堝內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有多晶硅晶磚作為保護(hù)層。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明中的緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)截?cái)嗔斯枞垡簭捻敳咳刍笾苯友毓枇峡p隙侵蝕籽晶層的通道，避免了籽晶層出現(xiàn)局部過熔現(xiàn)象。采用緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)可以延長(zhǎng)硅錠的直線缺陷區(qū)的長(zhǎng)度，降低硅錠底部紅區(qū)的高度，提高硅錠質(zhì)量。

2、本發(fā)明采用在籽晶層上方設(shè)置了多晶硅晶磚構(gòu)成的阻擋層，使得阻擋層上方硅料熔化更徹底，形成平直的熔液界面，當(dāng)硅液熔過阻擋層后，在阻擋層下方是由小顆粒的原生多晶硅和多晶硅碎片構(gòu)成的致密硅料層，作為緩沖層，這使得熔液向下熔化的界面保持平直，最后與籽晶層接觸時(shí)，熔液與籽晶層的接觸面積大、均勻，固液界面平直。因此，通過阻擋層與緩沖層的組合應(yīng)用，能夠得到平直的固液界面，硅錠更易于進(jìn)行外延生長(zhǎng)，晶粒更均勻，柱狀晶更完整，減少了缺陷簇和晶粒晶界的形成，提高了硅錠的質(zhì)量。

3、本發(fā)明使用相同工藝制備太陽(yáng)電池，緩沖式裝料方式的硅錠的產(chǎn)品收率更高，硅片的效率更高。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1、為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1籽晶層，2緩沖層，3阻擋層，4硅料，5保護(hù)層，6坩堝；

圖2(a)常規(guī)工藝制備多晶硅錠示意圖；

圖2(b)緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)制備多晶硅錠示意圖；

圖3為本發(fā)明中常規(guī)工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)硅錠缺陷密度從底部到頂部的分布示意圖；

圖4所示為常規(guī)工藝和使用籽晶熔化控制技術(shù)硅錠制備太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率的分布圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施例：

如圖1所示，一種緩沖式多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法，包括以下步驟：

步驟a、在坩堝6底部鋪設(shè)一層多晶硅塊作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層1，所述籽晶層1厚度為12-18mm；

步驟b、在籽晶層1上碼放小顆粒原生多晶硅料和細(xì)小多晶硅碎片，作為緩沖層2，所述緩沖層2的填充高度為100-150mm；

步驟c、在緩沖層2上碼放一層多晶硅晶磚，作為阻擋層3，所述多晶硅晶磚的長(zhǎng)、寬、高分別為156mm、156mm、30-40mm，所述阻擋層3的中心處共使用25塊晶磚，邊側(cè)各用晶磚填滿；所述坩堝6內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有多晶硅晶磚作為保護(hù)層5；

步驟d、使用小顆粒原生多晶硅料將上述步驟中的多晶硅晶磚的縫隙填滿；

步驟e、在阻擋層3上逐層碼放如下硅料4：菜籽料、原生多晶硅料、頭尾及邊皮料，直至堆放硅料高出坩堝100-120mm。

對(duì)比實(shí)施例：

使用相同的多晶硅料配方和工藝方案，進(jìn)行多晶硅常規(guī)裝料工藝鑄錠對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即首先在坩堝底部鋪設(shè)一層碎多晶硅片作為定向凝鑄半熔工藝的籽晶層，籽晶層厚度為15mm。在籽晶層上鋪設(shè)顆粒較小的原生多晶硅料和碎多晶硅硅片，然后再其上碼放較大的原生多晶硅及頭尾邊皮料等，最后逐層按照之前的裝料方式碼放鑄錠硅料，直至多晶硅料高于坩堝口約100mm。

上述的多晶硅常規(guī)裝料工藝鑄錠實(shí)驗(yàn)和本發(fā)明中的緩沖式單層多晶硅籽晶熔化控制的裝料方法相比，有如下區(qū)別：(a)直接碼放硅料的常規(guī)工藝，硅料中混合原生多晶硅、晶磚及小顆粒料；(b)緩沖式工藝鋪設(shè)小顆粒原生多晶硅料；(c)緩沖式裝料方式在小顆粒料層上鋪設(shè)晶磚層；(d)在緩沖層上鋪設(shè)多晶硅料。

本發(fā)明中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與性能分析如下：

如圖2(a)和圖2(b)所示為常規(guī)工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)對(duì)硅錠少子壽命的影響。從圖2(a)和圖2(b)中可以看出采用緩沖式籽晶熔化技術(shù)制備的多晶硅錠底部紅區(qū)更平直，這說(shuō)明采用緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)在硅料熔化時(shí)形成的固液面更平直，未形成局部的熔穿且硅料熔化更徹底。緩沖式技術(shù)的硅錠紅區(qū)高度為56.72mm，而常規(guī)工藝硅錠紅區(qū)高度達(dá)到了62.48mm，這表示緩沖式技術(shù)硅錠可以比普通硅錠增加622片有效硅片，增收2.22％。對(duì)于常規(guī)工藝硅錠，少子壽命分布在硅錠中上部區(qū)域出現(xiàn)了局部低壽命區(qū)，如圖2(a)中，因?yàn)楣枇系拇笮『碗s質(zhì)含量的差異導(dǎo)致不同的硅料的熔化溫度不同，且硅熔液的密度大于硅晶體的密度，所以未能完全熔化的硅料會(huì)飄浮在硅液中，成為了結(jié)晶成核點(diǎn)，這破壞了硅錠柱狀晶的生長(zhǎng)，出現(xiàn)局部低少子壽命區(qū)。緩沖籽晶熔化控制技術(shù)制備硅錠的高質(zhì)量少子壽命區(qū)體積更大，因此緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)提高了多晶硅錠的質(zhì)量，增加了硅錠的有效切片數(shù)量。

圖3所示為常規(guī)工藝和緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)制備硅錠缺陷密度從硅錠底部到頂部的分布示意圖。從圖3中可以看出，兩種工藝方式的缺陷密度分布均可以分為直線平坦區(qū)和準(zhǔn)線性增加區(qū)?？傮w上緩沖式硅錠的缺陷密度低于常規(guī)工藝硅錠，兩種工藝方式在直線區(qū)的缺陷密度分別為0.5％和0.75％，且線性增加區(qū)的起點(diǎn)分別為430片和340片。這說(shuō)明緩沖式裝料方式可以有效的降低硅錠中的缺陷密度。這是由于緩沖式工藝在籽晶上方設(shè)置了多晶硅晶磚和小顆粒原生多晶硅構(gòu)成的阻擋層。當(dāng)硅液熔過晶磚層后，是由小顆粒的原生多晶硅和多晶硅碎片構(gòu)成的致密的硅料層，不易形成快速向下熔化的通道，使得熔液向下熔化時(shí)的界面保持平直。當(dāng)熔液與籽晶層接觸時(shí)，熔液與籽晶層的接觸面積大、均勻，固液界面平直，因此硅錠更易于進(jìn)行外延生長(zhǎng)，減少了缺陷簇的形成，晶粒更均勻，提高了硅錠的質(zhì)量。

圖4所示為常規(guī)工藝和使用籽晶熔化控制技術(shù)硅錠制備太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率的分布圖。從圖4中可以看出，常規(guī)工藝和使用籽晶熔化控制技術(shù)制備電池的轉(zhuǎn)換效率均呈現(xiàn)正態(tài)分布。其轉(zhuǎn)換效率分布峰值均位于18％，分別占到常規(guī)工藝和緩沖式工藝制備總硅片數(shù)量的51％和55％。轉(zhuǎn)換效率高于18％的硅片數(shù)量，緩沖式工藝比常規(guī)工藝高約8％。這說(shuō)明了硅錠的缺陷密度的減小可以提高高效電池的比例。

綜上所述，本發(fā)明中的緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)截?cái)嗔斯枞垡簭捻敳咳刍笾苯友毓枇峡p隙侵蝕籽晶層的通道，避免了籽晶層出現(xiàn)局部過熔現(xiàn)象。采用緩沖式籽晶熔化控制技術(shù)可以延長(zhǎng)硅錠的直線缺陷區(qū)的長(zhǎng)度，降低硅錠底部紅區(qū)的高度，提高硅錠質(zhì)量。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。