一種具有低底部粘堝率的半熔高效錠制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有低底部粘堝率的半熔高效錠制備方法：1）在噴涂好氮化硅涂層的坩堝底部，緊密的平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層；2）在平鋪好氮化硅層保護層的坩堝底部，鋪設(shè)細(xì)碎硅料作為籽晶層；3）加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1520℃~1530℃，隔熱籠抬升高度在5~6cm之間，坩堝底部溫度控制在1350℃以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化；4）控制坩堝內(nèi)部的溫度梯度，使得坩堝內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠。在降低半熔高效錠底部粘堝率的同時，降低半熔高效錠底部氣孔回收料處理難度，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種具有低底部粘堝率的半熔高效錠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多晶硅錠的制備方法主要是利用GTSolar提供的定向凝固系統(tǒng)進行制備，該方法通常包括加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等步驟。在凝固長晶過程中，通過對頂部溫度和側(cè)邊保溫罩開度進行控制，使得熔融硅液在坩禍底部獲得足夠的過冷度凝固結(jié)晶。但由于在長晶初期，坩禍底部屬于各向同性結(jié)構(gòu)，硅液結(jié)晶時初始形核不能得到有效控制，存在晶粒尺寸分布不均勻(從幾十微米到十幾厘米)、位錯密度高等問題，越來越難以滿足市場對于高效率硅片的需求；
針對常規(guī)鑄錠方式所產(chǎn)生的多晶硅錠存在位錯密度高、晶界多且無規(guī)則分布的問題，市場上提出了兩種不同的解決方案。一種方案為借鑒單晶的引晶生長原理，在坩禍底部鋪設(shè)單晶板或塊作為生長用籽晶，通過合適的半熔工藝控制獲得晶粒形貌接近于單晶的類單晶硅片，雖效率得到了大幅的提升，但存在位錯密度高、有“花邊”且生產(chǎn)成本高的問題，一直未能得到大規(guī)模的推廣，其中類單晶生產(chǎn)最為出名的廠家如協(xié)鑫、鳳凰光伏和昱輝等;另一種方案為目前市場上普遍采用的一種高效硅片技術(shù)，其基本原理與類單晶相似，主要是利用鋪設(shè)在底部的碎片料作為籽晶，通過誘導(dǎo)形核的方式形成均勻細(xì)小晶粒，抑制位錯來達(dá)到提升硅片光電轉(zhuǎn)換效率的目的；相較類單晶技術(shù)而言，其引晶用籽晶為碎硅片等廉價硅料，具有來源廣、成本低等優(yōu)勢，受到了市場的普遍歡迎，其典型光電轉(zhuǎn)換效率在17.6%?18%之間，運用該技術(shù)的典型產(chǎn)品如協(xié)鑫的S3、賽維的M3和環(huán)太的H3等。
[0003]雖半熔高效多晶硅片相較“類單晶”硅片具有鑄錠成本低、相較普通硅片具有光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢，但同時也存在以下缺點:I)由于鑄錠用的籽晶為碎硅片等細(xì)碎硅料，具有較多的棱角，在裝料過程中極易破壞坩禍底部用于脫模用的氮化硅涂層，造成底部粘禍裂錠現(xiàn)象，影響成品率;2)由于底部鋪設(shè)的碎硅料在熔化階段未能完全熔化，因而出錠后大錠底部比較粗糙，在開方粘錠時有較多的粘錠用泡沫劑進入大錠粗糙的籽晶層縫隙中造成底部未熔籽晶層(俗稱氣孔回收料)難處理，造成打磨難度高，回收料處理成本高、打磨成品率低的問題，大大的提升了高效多晶硅片的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的是針對市場上的技術(shù)問題，提供一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，在降低半熔高效錠底部粘禍率的同時，降低半熔高效錠底部氣孔回收料處理難度，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
[0005 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種具有低底部粘禍率的半恪尚效徒制備方法，其中，制備方法包括如下步驟:
I)鋪設(shè)氮化硅層保護層，在噴涂好氮化硅涂層的坩禍底部，緊密的以5*5的形式平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層；
2)在平鋪好氮化硅層保護層的坩禍底部，鋪設(shè)細(xì)碎硅料作為籽晶層；
3)加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1520°01530°C，隔熱籠抬升高度在5?6cm之間，坩禍底部溫度控制在1350°C以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化，籽晶層保留厚度在I?1.5cm之間；
4)控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度，使得坩禍內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠。
[0006]上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，所述的正方形硅片為具有完整形貌的單晶或多晶太陽能硅片，其截面尺寸邊長在155.5?156.5_之間，厚度在150~40011111之間；
上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，所述正方形硅片，在使用前需要進行清洗，其清洗過程為利用常規(guī)的硅片清洗機進行清洗，具體過程為漂洗一一清洗液浸泡一一酸中和一一去離子水漂洗一一風(fēng)暖烘干，清洗后硅片具有完整的形貌，無破損現(xiàn)象，且清洗后硅片表面金屬雜質(zhì)殘留要低于2ppm;
上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，所述坩禍選取底部內(nèi)徑尺寸為840mm的i甘禍。
[0007]上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，所述的氮化硅層保護層，其安放方式為:在坩禍底部邊緣預(yù)留30mm空白區(qū)域，后將正方形硅片緊密的拼合在一起，形成5*5的排列陣列。
[0008]上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，所述的細(xì)碎硅料為單晶硅碎料、多晶硅碎料或原生硅料硅碎料中的一種或幾種，所述細(xì)碎硅料的尺寸在5?I Omm之間。
[0009]上述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其中，控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度時，形核結(jié)晶過程中的過冷度控制在-10K—40K之間。
[0010]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果為:
1、利用在氮化硅涂層上平鋪整張硅片作為涂層保護層，利用籽晶層僅部分熔化、保護層整體表面平整光滑的特點，解決了普通半熔高效由于底部未熔籽晶層(俗稱氣孔回收料)表面粗糙、開方粘錠用泡沫劑易進入縫隙中的問題，大大提升了半熔高效錠底部氣孔回收料的回收處理效率、降低了處理難度和處理成本，提升了氣孔回收料的回收利用率。
[0011 ] 2、針對在坩禍底部直接鋪設(shè)碎硅片等，易造成坩禍底部涂層被破壞，底部粘禍裂錠比例高的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的利用正方形硅片，正方形硅片為切片工序易得的切片不良品厚薄片，平鋪在坩禍底部，在裝料過程中保護了氮化硅涂層，降低了粘禍風(fēng)險;避免了在裝料過程中碎硅料對坩禍底部氮化硅涂層的破壞，降低了半熔高效錠底部粘禍裂紋的風(fēng)險，提升了半熔高效錠的成品率。
[0012]3、針對半熔高效錠底部籽晶層粗糙，開方粘錠用泡沫劑易進入籽晶層縫隙中造成底部未熔籽晶層(俗稱氣孔回收料)難處理的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的在裝料前鋪設(shè)切片不良品厚薄片等，在熔化過程中由于籽晶層不完全熔化，保護坩禍底部氮化硅涂層的保護層，其鑄錠完成后緊密的粘附在硅錠底部且基本保留其鋪設(shè)時形貌，鋪設(shè)的整硅片得以完整保留，消除了普通高效錠底部未熔硅料粗糙的問題，降低了氣孔回收料底面的處理難度。
[0013]4、本發(fā)明創(chuàng)新性的采用硅片清洗機取代常規(guī)的料理酸堿洗硅片的過程，確保了用于涂層保護用的正方形硅片的完整性。
【具體實施方式】
[0014]
下面對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]實施例1
一種具有低底部粘禍率的半恪尚效徒制備方法，其中，制備方法包括如下步驟:
I)氮化硅層保護硅片預(yù)處理，選取正方形太陽能多晶硅片，進行清洗其清洗過程為利用常規(guī)的硅片清洗機進行清洗，具體過程為漂洗一一清洗液浸泡一一酸中和一一去離子水漂洗——風(fēng)暖烘干，清洗后硅片具有完整的形貌，截面尺寸在156mm，厚度在250um，無破損現(xiàn)象，且清洗后硅片表面金屬雜質(zhì)殘留要低于2ppm;
2 )制備混合細(xì)碎硅料，將尺寸在8_多晶硅細(xì)碎硅料及單晶硅細(xì)碎硅料混合，多晶硅細(xì)碎硅料與單晶細(xì)碎硅料的比例為5:4(重量比計)，得混合細(xì)碎硅料。
[0016]3)選取坩禍底部呈正方形，底部內(nèi)徑為840mm的坩禍，在底部噴涂好氮化硅涂層。
[0017]4)鋪設(shè)氮化硅層保護層，在噴涂好氮化硅涂層的坩禍底部，緊密的平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層;其平鋪安放方式為:在在坩禍內(nèi)部底部邊緣，對稱性的預(yù)留30mm空白區(qū)域，后將太陽能多晶硅片緊密的拼合在一起，形成5*5的排列陣列；
5)在平鋪好氮化硅層保護層的坩禍底部，鋪設(shè)得混合細(xì)碎硅料作為籽晶層;得混合細(xì)碎硅料的用量為45kg，鋪平后進行壓實，壓實完成后籽晶層為3cm。
[0018]6)加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1520°C，隔熱籠抬升高度在5.5cm，坩禍底部溫度控制在1350°C以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化，籽晶層保留厚度在1.3cm;
7)控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度，形核結(jié)晶過程中的過冷度控制在-25K，使得坩禍內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠，即可。
[0019]
實施例2
一種具有低底部粘禍率的半恪尚效徒制備方法，其中，制備方法包括如下步驟:
1)氮化硅層保護硅片預(yù)處理，選取正方形太陽能多晶硅片，進行清洗其清洗過程為利用常規(guī)的硅片清洗機進行清洗，具體過程為漂洗一一清洗液浸泡一一酸中和一一去離子水漂洗——風(fēng)暖烘干，清洗后硅片具有完整的形貌，截面尺寸在155.5mm，厚度在150um，無破損現(xiàn)象，且清洗后硅片表面金屬雜質(zhì)殘留要低于2ppm;
2)選取坩禍底部呈正方形，底部內(nèi)徑為840mm的坩禍，在底部噴涂好氮化硅涂層。
[0020]3)鋪設(shè)氮化硅層保護層，在噴涂好氮化硅涂層的坩禍底部，緊密的平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層;其平鋪安放方式為:在在坩禍內(nèi)部底部邊緣，對稱性的預(yù)留30mm空白區(qū)域，后將太陽能多晶硅片緊密的拼合在一起，形成5*5的排列陣列；
4)在平鋪好氮化硅層保護層的坩禍底部，鋪設(shè)尺寸在5_多晶硅細(xì)碎硅料作為籽晶層；多晶硅細(xì)碎硅料的用量為30kg，鋪平后進行壓實，壓實完成后籽晶層為3cm。
[0021]3)加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1520°C，隔熱籠抬升高度在5cm，坩禍底部溫度控制在1350°C以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化，籽晶層保留厚度在Icm;
4)控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度，形核結(jié)晶過程中的過冷度控制在-1OK之間，使得坩禍內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠，即可。
[0022]
實施例三
一種具有低底部粘禍率的半恪尚效徒制備方法，其中，制備方法包括如下步驟:
1)氮化硅層保護硅片預(yù)處理，選取正方形太陽能多晶硅片，進行清洗其清洗過程為利用常規(guī)的硅片清洗機進行清洗，具體過程為漂洗一一清洗液浸泡一一酸中和一一去離子水漂洗——風(fēng)暖烘干，清洗后硅片具有完整的形貌，截面尺寸在156.5mm，厚度在400um，無破損現(xiàn)象，且清洗后硅片表面金屬雜質(zhì)殘留要低于2ppm;
2)選取坩禍底部呈正方形，底部內(nèi)徑為840mm的坩禍，在底部噴涂好氮化硅涂層。
[0023]3)鋪設(shè)氮化硅層保護層，在噴涂好氮化硅涂層的坩禍底部，緊密的平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層;其平鋪安放方式為:在在坩禍內(nèi)部底部邊緣，對稱性的預(yù)留30mm空白區(qū)域，后將太陽能多晶硅片緊密的拼合在一起，形成5*5的排列陣列；
4)在平鋪好氮化硅層保護層的坩禍底部，鋪設(shè)尺寸在1mm原生硅細(xì)碎硅料作為籽晶層;多晶硅細(xì)碎硅料的用量為50kg，鋪平后進行壓實，壓實完成后籽晶層為5cm。
[0024]3)加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1530°C，隔熱籠抬升高度在6cm，坩禍底部溫度控制在1350°C以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化，籽晶層保留厚度在1.5cm之間；
4)控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度，形核結(jié)晶過程中的過冷度控制在-1OK—40K之間，使得坩禍內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠，即可。
[0025]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果為:
1、利用在氮化硅涂層上平鋪整張硅片作為涂層保護層，利用籽晶層僅部分熔化、保護層整體表面平整光滑的特點，解決了普通半熔高效由于底部未熔籽晶層(俗稱氣孔回收料)表面粗糙、開方粘錠用泡沫劑易進入縫隙中的問題，大大提升了半熔高效錠底部氣孔回收料的回收處理效率、降低了處理難度和處理成本，提升了氣孔回收料的回收利用率。
[0026]2、針對在坩禍底部直接鋪設(shè)碎硅片等，易造成坩禍底部涂層被破壞，底部粘禍裂錠比例高的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的利用正方形硅片，正方形硅片為切片工序易得的切片不良品厚薄片，平鋪在坩禍底部，在裝料過程中保護了氮化硅涂層，降低了粘禍風(fēng)險;避免了在裝料過程中碎硅料對坩禍底部氮化硅涂層的破壞，降低了半熔高效錠底部粘禍裂紋的風(fēng)險，提升了半熔高效錠的成品率。
[0027]3、針對半熔高效錠底部籽晶層粗糙，開方粘錠用泡沫劑易進入籽晶層縫隙中造成底部未熔籽晶層(俗稱氣孔回收料)難處理的問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的在裝料前鋪設(shè)切片不良品厚薄片等，在熔化過程中由于籽晶層不完全熔化，保護坩禍底部氮化硅涂層的保護層，其鑄錠完成后緊密的粘附在硅錠底部且基本保留其鋪設(shè)時形貌，鋪設(shè)的整硅片得以完整保留，消除了普通高效錠底部未熔硅料粗糙的問題，降低了氣孔回收料底面的處理難度。
[0028]4、本發(fā)明創(chuàng)新性的采用硅片清洗機取代常規(guī)的料理酸堿洗硅片的過程，確保了用于涂層保護用的正方形硅片的完整性。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，制備方法包括如下步驟: 1)鋪設(shè)氮化硅層保護層，在噴涂好氮化硅涂層的坩禍底部，緊密的以5*5的形式平鋪一層正方形硅片，形成氮化硅層保護層； 2)在平鋪好氮化硅層保護層的坩禍底部，鋪設(shè)細(xì)碎硅料作為籽晶層； 3)加入原生硅料，在熔化階段將熔化溫度控制在1520°01530°C，隔熱籠抬升高度在5?6cm之間，坩禍底部溫度控制在1350°C以內(nèi)，直至原生硅料完全熔化，籽晶層部分熔化，籽晶層保留厚度在I?1.5cm之間； 4)控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度，使得坩禍內(nèi)部形成由下到上的垂直溫度梯度，使得熔融硅料利用底部鋪設(shè)的籽晶層誘導(dǎo)生長形成半熔高效錠。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，所述的正方形硅片為具有完整形貌的單晶或多晶太陽能硅片，其截面尺寸邊長在155.5?156.5mm之間，厚度在150?400um之間。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，所述正方形硅片，在使用前需要進行清洗，其清洗過程為利用常規(guī)的硅片清洗機進行清洗，具體過程為漂洗一一清洗液浸泡一一酸中和一一去離子水漂洗一一風(fēng)暖烘干，清洗后硅片具有完整的形貌，無破損現(xiàn)象，且清洗后硅片表面金屬雜質(zhì)殘留要低于2ppm。4.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，所述坩禍選取底部內(nèi)徑尺寸為840mm的坩禍。5.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，所述的氮化硅層保護層，其安放方式為:在坩禍底部邊緣預(yù)留30mm空白區(qū)域，后將正方形硅片緊密的拼合在一起，形成5*5的排列陣列。6.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，所述的細(xì)碎硅料為單晶硅碎料、多晶硅碎料或原生硅料硅碎料中的一種或幾種，所述細(xì)碎硅料的尺寸在5?I Omm之間。7.如權(quán)利要求1所述的一種具有低底部粘禍率的半熔高效錠制備方法，其特征在于，控制坩禍內(nèi)部的溫度梯度時，形核結(jié)晶過程中的過冷度控制在-1OK?-40K之間。
【文檔編號】C30B29/06GK105821473SQ201510714758
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年10月29日
【發(fā)明人】劉明權(quán), 王海慶, 王祿寶
【申請人】江蘇美科硅能源有限公司