專(zhuān)利名稱(chēng)：一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，特別涉及一種減少較低純度多晶硅錠內(nèi) 應(yīng)力的方法。
背景技術(shù)：
鑄造多晶硅材料己經(jīng)取代了直拉單晶硅材料成為最主要的太陽(yáng)能電池材料,但是市場(chǎng) 的競(jìng)爭(zhēng)促使鑄造多晶硅材料的生長(zhǎng)工藝需要不斷地革新。低成本和高效率是太陽(yáng)能電池工 業(yè)得以長(zhǎng)時(shí)間可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)根本條件，這就要求鑄造多晶硅硅片的成品率髙以及鑄造 多晶硅材料中具有電學(xué)活性的雜質(zhì)濃度較低。所以，鑄造多晶硅材料的發(fā)展趨勢(shì)便是大體 積化和盡可能增加硅錠的有效利用體積。
多晶硅鑄錠是采用定向凝固的方法制備而成的。晶體呈柱狀晶由底部向頂部生長(zhǎng)，晶 體缺陷易集中于晶界處。整個(gè)多晶硅鑄錠在定向凝固過(guò)程中，微量雜質(zhì)由底部向頂部移動(dòng)， 故頂部雜質(zhì)最多。若多晶硅取出后，直接在空氣中冷卻，冷卻速度不均勻，四周及頂部邊 皮處冷卻最快，內(nèi)部熱應(yīng)力迅速向四周及頂部擴(kuò)散，在晶界及雜質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散不均勻。且多晶 硅的性質(zhì)為熱縮冷漲。四周及底部溫度低，晶體出現(xiàn)膨脹力，內(nèi)部溫度高，出現(xiàn)收縮力， 故應(yīng)力易于集中于晶體內(nèi)部，此時(shí)切片會(huì)導(dǎo)致碎片率提高。
為了消除金屬制品的殘余應(yīng)力，過(guò)去通常采用熱時(shí)效或自然時(shí)效，然而，多晶硅鑄錠 在爐中通過(guò)熱時(shí)效降溫時(shí)，由于所需時(shí)間長(zhǎng)，爐室的利用效率低；自然時(shí)效則無(wú)法用于多 晶硅鑄錠的應(yīng)力消除，其原因是由于制造鑄造多晶硅的原料主要為微電子工業(yè)剩下的頭 尾料，所以其體內(nèi)的雜質(zhì)含量很高。多晶硅錠是由鑄錠爐生產(chǎn)的，由于鑄錠爐對(duì)雜質(zhì)具有 分凝效果，造成雜質(zhì)在多晶硅錠的上部集中，內(nèi)應(yīng)力也在這些位置集中。隨著鑄錠放置的 時(shí)間增長(zhǎng)，內(nèi)部應(yīng)力緩慢向四周擴(kuò)散，若擴(kuò)散不均勻直接導(dǎo)致晶體開(kāi)裂或切片率增加，若 均勻擴(kuò)散，擴(kuò)散至頂部時(shí)，遇到大量密集的雜質(zhì)，尤其在鑄錠的頂部雜質(zhì)聚集較多，會(huì)直 接導(dǎo)致頂部開(kāi)裂。且裂紋會(huì)隨時(shí)間增長(zhǎng)由頂部延伸至底部，造成巨大損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)多晶硅錠頂部由于內(nèi)應(yīng)力集中而造成的開(kāi)裂，提供一種減少多 晶硅鑄錠應(yīng)力的方法。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下
一種減少多晶硅鑄錠內(nèi)應(yīng)力的方法,將剛出爐的多晶硅錠放置于帶振動(dòng)板的超聲波清 洗設(shè)備中，同時(shí)放入100'C的水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使 其保持高頻振蕩狀態(tài)，頻率為20KHZ-200KHZ,振蕩至少lh，然后控制水溫，使其逐漸冷 卻至室溫，最后將硅錠取出，立即去除邊皮后破成小方錠，空氣中保存。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述的小方錠為156mraX156mmX260mm,根據(jù)需要，也 可以是其它尺寸的方錠。
所述的水溫冷卻速度為5~20°C/h。
由于超聲波振動(dòng)板的存在，產(chǎn)生了類(lèi)似于振動(dòng)時(shí)效的效果，從物理學(xué)上看，振動(dòng)時(shí)效 的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是材料內(nèi)部晶體位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、增殖、塞積和纏結(jié)的過(guò)程。由于材料存在位錯(cuò)， 所以在晶體內(nèi)部產(chǎn)生的交變動(dòng)應(yīng)力與內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互疊加，在應(yīng)力較高的區(qū)域，就可 產(chǎn)生位錯(cuò)滑移，出現(xiàn)微小塑性變形。位錯(cuò)滑移是單向進(jìn)行線性累積的，當(dāng)微應(yīng)變累積到一 個(gè)宏觀量，晶體內(nèi)殘余應(yīng)力較大處的位錯(cuò)塞積得以交替開(kāi)通，局部較大殘余應(yīng)力得以釋放。
此外超聲波具有如下特性1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有 效傳播。2)超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。3)超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 4)超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。但超聲波往往 只用于清洗，或是探測(cè)構(gòu)件內(nèi)部的損傷，本發(fā)明將超聲波與沸水共同使用，可大大降低多 晶硅鑄錠的內(nèi)應(yīng)力。
1、 沸水保持在IOO'C,逐漸使硅錠保持在IOO'C，可使熱應(yīng)力由外部及內(nèi)部保持均勻；
2、 沸水會(huì)產(chǎn)生振蕩力，加上超聲波會(huì)使水振蕩形成水波動(dòng)，水波動(dòng)觸及硅錠，均勻拍 打硅錠，使其受力均勻，逐漸減輕應(yīng)力。
3、 保溫和振蕩同時(shí)進(jìn)行，可加快應(yīng)力均勻的速度，從而縮短時(shí)間。


圖1為多晶硅鑄錠放入超聲波清洗設(shè)備中的示意圖；
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，為本發(fā)明一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法的示意圖。圖中，l為加熱器，2 為多晶硅鑄錠，3為超聲波振動(dòng)板，4為電源指示燈，5為電源開(kāi)關(guān)，6為加熱溫度控制 鈕，7為加熱時(shí)間控制鈕，8為超聲波時(shí)間控制鈕，9為超聲波波長(zhǎng)控制鈕。
當(dāng)多晶硅鑄錠在爐內(nèi)冷卻至100 200'C,出爐后，立即放入超聲波清洗器中，如圖l 所示，同時(shí)放入沸水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其保持高頻 振蕩狀態(tài)，頻率為20KHZ-200KHZ,振蕩至少lh，然后控制水溫，使其逐漸冷卻至室溫， 最后將硅錠取出，去除邊皮，空氣中保存。
同等材料下
實(shí)施例l、未采用本發(fā)明的方法，275kg鑄錠，在空氣中放置8個(gè)月后，頂部開(kāi)裂； 為避免切片損失，放棄切片。
實(shí)施例2、未采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，在空氣中放置30天后，切片，出合格片 8000片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，應(yīng)力片易損易碎，又損失520片，最后合格為電池片7480片。
實(shí)施例3、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，在爐內(nèi)冷卻至200'C，出爐后立即放入超 聲波清洗器中，同時(shí)放入沸水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其 保持髙頻振蕩狀態(tài)，頻率為150KHZ，振蕩2h，然后控制水溫，使其以20'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最后將硅錠取出，去除邊皮，破成156mmX156mraX260咖的小方錠，空氣中 保存，30天后切片，出合格片9050片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失150片，最后合格為電 池片8900片。
實(shí)施例4、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，在爐內(nèi)冷卻至180'C,出爐時(shí)立即放入超 聲波清洗器中，同時(shí)放入沸水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其 保持高頻振蕩狀態(tài)，頻率為200KHZ，振蕩lh，然后控制水溫，使其以15'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最后將硅錠取出，去除邊皮，破成156mraX156mraX260nim的小方錠，空氣中 保存，30天后切片，出合格片9070片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失155片，最后合格為電 池片8915片。實(shí)施例5、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，在爐內(nèi)冷卻至15(TC,出爐時(shí)立即放入超 聲波清洗器中，同時(shí)放入沸水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其 保持高頻振蕩狀態(tài)，頻率為120KHZ,振蕩3h，然后控制水溫，使其以10'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最后將硅錠取出，去除邊皮，破成156mraX156隱X156mm的小方錠，空氣中 保存，30天后切片，出合格片9040片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失135片，最后合格為電 池片8905片。
實(shí)施例6、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，在爐內(nèi)冷卻至100'C，出爐時(shí)立即放入超 聲波清洗器中，同時(shí)放入沸水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其 保持髙頻振蕩狀態(tài)，頻率為20KHZ，振蕩4h，然后控制水溫，使其以5'C/h的速度逐漸冷 卻至室溫，最后將硅錠取出，去除邊皮，破成156mmX156mmX260咖的小方錠，空氣中保 存，30天后切片，出合格片9010片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失180片，最后合格為電池 片8830片。
上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu) 思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求
1、一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，將剛出爐的多晶硅錠放置于超聲波清洗設(shè)備中，同時(shí)放入100℃的水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其保持高頻振蕩狀態(tài)，頻率為20KHZ-200KHZ，振蕩至少1h，然后控制水溫，使其逐漸冷卻至室溫，最后將硅錠取出，去除邊皮，破成小方錠，空氣中保存。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于所述的水溫冷卻 速度為5 20'C/h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法。本發(fā)明是將多晶硅錠放置于超聲振蕩清洗機(jī)中，同時(shí)放入100℃的水，開(kāi)加熱器，使水保持沸騰狀態(tài)，開(kāi)啟超聲波清洗機(jī)，使其保持高頻振蕩狀態(tài)，逐漸冷卻后將硅錠取出。取出后，立即將硅錠去邊皮后破成小方錠，空氣中儲(chǔ)存。采用本發(fā)明方法可大大減少多晶硅鑄錠應(yīng)力。
文檔編號(hào)C30B33/00GK101660208SQ20091011212
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者毅 南, 張偉娜, 禹 林, 健 汪, 香 程, 趙志躍, 鄭智雄 申請(qǐng)人:南安市三晶陽(yáng)光電力有限公司