一種多晶硅鑄錠提高硅片品質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池基礎(chǔ)材料一多晶硅片提高品質(zhì)的方法，其具體涉及一種多晶娃鑄徒提尚娃片品質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電力是一種綠色新能源，其太陽能電池制造的基礎(chǔ)材料目前仍然是多晶硅片為主。為了提高多晶硅電池組件發(fā)電效率，各個電池片生產(chǎn)企業(yè)都在想方設(shè)法提高光電轉(zhuǎn)化效率，除了從電池片制造本身工藝進行創(chuàng)新外，對其基礎(chǔ)材料一多晶硅片品質(zhì)提出了更高的要求。
[0003]多晶硅片作為電池片的上游材料，其以多晶硅為原料經(jīng)鑄錠、開方、切片加工而成。
[0004]多晶硅片以往曾追求其晶相中能有大量的大顆粒的晶粒，由于硅片擁有的是固定面積(目前常用規(guī)格是156 X 156_)，在少數(shù)大顆粒的晶粒占去一定的面積后，其周圍往往非規(guī)整隨機散布著許多小晶粒，其整片電池片發(fā)電效果并不如晶粒大小均勻的電池片。所以，在娃片生廣企業(yè)改變以往追求大晶粒的思路，圍繞制造大小均勾晶粒的娃片即尚效娃片，正進行著各種科研攻關(guān)活動。因為硅片中當(dāng)晶粒大小均勻，其晶體中的位錯等缺陷就會相應(yīng)很少，獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]多晶硅鑄錠工藝過程中，分為(坩禍)裝料、加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等六個主要工藝步驟。
[0006]多晶硅鑄錠利用的是定向凝固技術(shù)，該技術(shù)通常指的是在同一個坩禍中熔煉，利用雜質(zhì)元素在固相和液相的分凝效應(yīng)達到提純的目的；同時通過單向熱流控制，使坩禍中的熔體達到一定的溫度梯度，從而獲得沿生長方向整齊排列的柱狀晶體組織。
[0007]多晶硅錠的晶粒和尺寸主要取決于定向凝固工藝，即晶體生長過程中的溫度分布、凝固速度、固一液界面形狀等因素，其中凝固速率和成核中心的影響最大，是控制凝固組織的主要參數(shù)。由于定向凝固抑制了固一液界面處的自由形核，從而減少了由于形成晶界而產(chǎn)生的位錯。緩慢的冷卻速率還可以減小凝固過程中的熱應(yīng)力，從而有利于減少由于熱應(yīng)力而形成的位錯。
[0008]高效多晶硅片因為有硅片晶粒均勻、位錯密度低、少數(shù)載流子壽命長等特點，以其制備的電池轉(zhuǎn)換效率高，因而其硅片受到市場歡迎。
[0009]高效多晶硅片制備過程中借鑒了單晶棒拉制技術(shù)中的“仔晶” “引晶”技術(shù)，即:在鑄錠過程中也設(shè)計“引晶”材料。要保證“仔晶”安全，最重要的就是“仔晶”的布局與精確控溫。
[0010]目前，選做“仔晶”的原料大都是二氧化硅物質(zhì)，但其形態(tài)與性能不同、在坩禍底部布局也不同。有的廠家選擇碎硅片、硅粉；也有選擇高純石英砂、特種玻璃；還有選擇氮化硅，等。有的稱之為“引晶”，有的稱之為“成核中心”，有的稱之為“粗糙面”，其實質(zhì)是一樣的:引導(dǎo)晶體按期望的晶粒大小和晶向可控的方式生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了克服以上缺陷而提供一種多晶硅鑄錠提高硅片品質(zhì)的方法，對多種硅基形核物進行篩分、選擇并均勻地涂覆在坩禍底部，并對熱場進行精確控制來降低橫向溫度梯度，使晶粒沿著形核中心豎直且均勻地生長，得到高品質(zhì)的多晶硅錠。
[0012]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括以下方法:
為了生產(chǎn)高效多晶硅片，我們選擇在坩禍底部，規(guī)則布局能起引晶作用的“仔晶”;其引晶材料方面我們選擇:“有一定直徑的圓形或扁平狀硅?！?粘結(jié)劑材料我們選擇:硅溶膠做無機粘結(jié)劑。
[0013]為了規(guī)則布局引晶材料，我們用(比坩禍內(nèi)底尺寸稍小一點的)塑料板做模板，按照設(shè)計尺寸，打好一定直徑的均勻孔洞，以方便均勻噴涂圓形硅粒。
[0014]坩禍底部規(guī)則布局實施情況是:
1.在坩禍底部的最底層，首先均勻涂覆高純石英砂:
其過程為:首先對坩禍表面進行干凈處理，坩禍體溫保持在50-70°C ;將硅溶膠與高純石英砂均勻混合后，然后用噴涂機將混合好的石英砂粒均勻噴在坩禍底部；
2.在坩禍底部的第二層，按模板孔洞依次均勻噴涂圓形硅粒:
其過程為:樹禍體溫依然保持在50-70°C ;將娃溶膠與娃粒均勻混合后，在；t甘禍底部擺放好模板，然后用噴涂機將混合好的硅粒噴在孔洞內(nèi)，移去模板則完成噴涂過程；
3.在坩禍底部的第三層，按要求均勻噴涂氮化硅涂層:
其過程為:坩禍體溫依然保持在50-70°C ;采用免燒結(jié)技術(shù)配料:先將粘結(jié)劑與純凈水在一定溫度下溶解，將合格并過篩的氮化硅粉體與之混合后，用噴涂機均勻噴在內(nèi)底與內(nèi)壁四周，低溫烘烤干燥后待用。
[0015]石英陶瓷坩禍經(jīng)過以上三層處理，對于制備高效多晶硅片能起關(guān)鍵作用。其中底層、第二層起“引晶”材料作用；第三層起阻隔坩禍雜質(zhì)向硅液滲透作用，由于氮化硅材料熔點比較高，其同時也起保護“引晶”材料作用，使“引晶”材料不會全部被熔去。
[0016]生產(chǎn)高品質(zhì)多晶硅片，有了以上關(guān)鍵措施后，同時需控制鑄錠工藝:
多晶鑄錠裝料、加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等六個主要工藝步驟運行中，最重要的在熔化階段，其關(guān)鍵的是保證放置在坩禍底部起引晶作用的“仔晶”不被全部熔化，否則就和常規(guī)鑄錠一樣；沒被熔化掉的“仔晶”就是“晶體引向物”即初始的“晶核”。在長晶階段，需要對固液界面與長晶狀況進行實時分析判斷，了解相關(guān)長晶參數(shù)，適時調(diào)整溫度與冷卻氣體流量，做到最佳控制。在退火階段，溫度調(diào)整要求是:防止降溫過快，對硅錠造成不良影響；并控制硅錠自然降溫，為冷卻出爐做好準(zhǔn)備。
[0017]在工藝控制環(huán)節(jié)，為了解決固液界面對結(jié)晶影響問題，爐體溫度場要即時調(diào)整，要讓硅原料在融化過程中和后續(xù)晶體生長過程中，其固液界面盡可能與水平面保持平行，此種(平面固液界面)定向凝固制備出的多晶硅錠，其晶粒均勻、晶體缺陷少，后續(xù)制備出的電池轉(zhuǎn)換效率就高。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，對多種硅基形核物進行篩分、選擇并均勻地涂覆在坩