一種高效鑄錠的誘導長晶工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多晶硅鑄錠領域，特別涉及一種高效鑄錠的誘導長晶工藝。包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶硅硅料，單晶硅硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅硅料緊密排布；方形石英坩堝內(nèi)壁貼壁放置平滑的方形多晶硅硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證方形多晶硅硅料之間沒有間隙；在其余位置填充多晶硅碎料，最后上層放置方形多晶硅硅料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶硅硅料的溫度低于1380℃。采用該工藝方法，通過半圓柱形單晶硅硅料誘導晶體長晶從而實現(xiàn)高效鑄錠，使光電轉(zhuǎn)換效率提高0.1%，節(jié)約生產(chǎn)成本5%以上。
【專利說明】一種高效鑄錠的誘導長晶工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅鑄錠領域，特別涉及一種高效鑄錠的誘導長晶工藝。
【背景技術】
[0002]多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，這些晶粒接合起來便形成多晶硅。在太陽能光伏工業(yè)中生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的工藝包括多晶硅鑄錠、切割成片、制成電池片和封裝為太陽能組件，可見多晶硅鑄錠是太陽能光伏工業(yè)的重要組成部分，是生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的首個環(huán)節(jié)。
[0003]目前，鑄錠生產(chǎn)中，主要采用普通的多晶硅硅料全熔工藝和鋪設籽晶的方法來誘導長晶。第一種方法沒有誘導晶體的生長方向，不能得到晶體生長方向一致的柱狀晶，使得多晶硅鑄錠晶體生長方向雜亂，從而影響鑄錠質(zhì)量，降低所得到的電池片的光電轉(zhuǎn)化效率；第二種方法雖然能夠誘導長晶，但是成本較高，而且降低了硅錠的出成率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服上述不足問題，提供一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶硅硅料，單晶硅硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅硅料緊密排布；方形石英坩堝內(nèi)壁貼壁放置平滑的方形多晶硅硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證方形多晶硅硅料之間沒有間隙；在其余位置填 充多晶硅碎料，最后上層放置方形多晶硅硅料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶硅硅料的溫度低于1380°C。
[0005]優(yōu)選方案如下:
[0006]單晶娃娃料的半徑為0.5~3cm,長度為I~4cm。
[0007]在裝料過程中，在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶硅硅料，單晶硅硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅硅料緊密排布，單晶硅的誘導長晶效果優(yōu)于多晶硅誘導硅料長晶效果；由于晶體生長是在初始形核的基礎上，本發(fā)明中采用的是半圓柱狀的單晶硅硅料，底部不熔的單晶硅相當于初始形核，后期晶體生長方向會沿著初始形核的方向繼續(xù)生長，并且相鄰晶粒間相互作用，從而促使其垂直生長；方形石英坩堝內(nèi)壁貼壁放置平滑的方形多晶硅硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證方形多晶硅硅料之間沒有間隙，以防止其余位置填充的多晶硅碎料劃傷石英坩堝涂層而造成粘堝現(xiàn)象；在其余位置填充的多晶硅碎料，是普通鑄錠工藝生產(chǎn)中使用的多晶硅碎料，節(jié)約成本；最后上層放置方形多晶硅硅料，目的是防止頂部多晶硅硅料熔化過快而造成硅料溢流，保證生產(chǎn)安全。
[0008]在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶硅硅料的溫度低于1380°C，目的是為了防止由于溫度過高而導致底部單晶硅硅料熔化，同時又防止單晶硅硅料漂浮于多晶硅熔液表面。
[0009]本發(fā)明優(yōu)點:采用該工藝方法，通過半圓柱形單晶硅硅料誘導晶體長晶從而實現(xiàn)高效鑄錠，使光電轉(zhuǎn)換效率提高0.1%，節(jié)約生產(chǎn)成本5%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為多晶硅鑄錠時石英坩堝裝料示意圖。
[0011]圖中，1、頂部方形多晶硅，2、方形石英坩堝，3、側(cè)部方形多晶硅，4、多晶硅碎料，5、
單晶娃。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實施例及附圖詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。
[0013]實施例1:
[0014]半圓柱形單晶娃5的半徑為0.5cm,長度為1cm。
[0015]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內(nèi)裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶硅5硅料，單晶硅5硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅5硅料緊密排布；方形石英坩堝2內(nèi)壁貼壁放置平滑的側(cè)部方形多晶硅3硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證側(cè)部方形多晶硅3硅料之間沒有間隙；在其余位置填充多晶硅碎料4，最后上層放置頂部方形多晶娃I娃料。
[0016]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐后對爐體抽真空至0.7Pa。
[0017]加熱熔化:向爐體內(nèi)通入氬氣作為保護氣，使爐內(nèi)壓強保持在40kPa，使方形石英坩堝2內(nèi)溫度在6h內(nèi)快速達到 1550°C。在熔化階段，爐內(nèi)壓強保持在40kPa，在1550°C范圍內(nèi)保溫IOh直到多晶硅硅料4完全熔化。在此過程中，底部單晶硅5的溫度要始終低于1380 O。
[0018]誘導長晶:爐體內(nèi)溫度從1550°C經(jīng)過0.5h降低到1425°C后，開始長晶。在長晶過程中，溫度在22h內(nèi)會由1425°C降低到1410°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在50kPa。
[0019]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1330°C溫度下，保持2h，使得晶錠快速實現(xiàn)溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在50kPa。在冷卻階段，壓強保持在90kPa，自然冷卻時間為llh，當溫度降低到400°C后取出硅錠。
[0020]實施例2:
[0021]半圓柱形單晶娃5的半徑為3cm,長度為4cm。
[0022]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內(nèi)裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶硅5硅料，單晶硅5硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅5硅料緊密排布；方形石英坩堝2內(nèi)壁貼壁放置平滑的側(cè)部方形多晶硅3硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證側(cè)部方形多晶硅3硅料之間沒有間隙；在其余位置填充多晶硅碎料4，最后上層放置頂部方形多晶娃I娃料。
[0023]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐后對爐體抽真空至1.0Pa0
[0024]加熱熔化:向爐體內(nèi)通入氬氣作為保護氣，使爐內(nèi)壓強保持在60kPa，使方形石英坩堝2內(nèi)溫度在8h內(nèi)快速達到1560°C。在熔化階段，爐內(nèi)壓強保持在60kPa，在1560°C范圍內(nèi)保溫13h直到多晶硅硅料4完全熔化。在此過程中，底部單晶硅5的溫度要始終低于1380 O。[0025]誘導長晶:爐體內(nèi)溫度從1560°C經(jīng)過Ih降低到1430°C后，開始長晶。在長晶過程中，溫度在24h內(nèi)會由1430°C降低到1415°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在70kPa。
[0026]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1380°C溫度下，保持3h，使得晶錠快速實現(xiàn)溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在70kPa。在冷卻階段，壓強保持在lOOkPa，自然冷卻時間為12h，當溫度降低到400°C后取出硅錠。
[0027]實施例3:
[0028]半圓柱形單晶娃5的半徑為2cm,長度為3cm。
[0029]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內(nèi)裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶硅5硅料，單晶硅5硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅5硅料緊密排布；方形石英坩堝2內(nèi)壁貼壁放置平滑的側(cè)部方形多晶硅3硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證側(cè)部方形多晶硅3硅料之間沒有間隙；在其余位置填充多晶硅碎料4，最后上層放置頂部方形多晶娃I娃料。[0030]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐后對爐體抽真空至0.9Pa。
[0031]加熱熔化:向爐體內(nèi)通入氬氣作為保護氣，使爐內(nèi)壓強保持在50kPa，使方形石英坩堝2內(nèi)溫度在7h內(nèi)快速達到1555°C。在熔化階段，爐內(nèi)壓強保持在50kPa，在1555°C范圍內(nèi)保溫12h直到多晶硅硅料4完全熔化。在此過程中，底部單晶硅5的溫度要始終低于1380 O。
[0032]誘導長晶:爐體內(nèi)溫度從1555°C經(jīng)過0.Sh降低到1427°C后，開始長晶。在長晶過程中，溫度在23h內(nèi)會由1427°C降低到1413°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在60kPa。
[0033]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1350°C溫度下，保持2.5h，使得晶錠快速實現(xiàn)溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在60kPa。在冷卻階段，壓強保持在95kPa，自然冷卻時間為llh，當溫度降低到400°C后取出硅錠。
[0034]綜上所述，采用該工藝方法，通過半圓柱形單晶硅硅料誘導晶體長晶從而實現(xiàn)高效鑄錠，使光電轉(zhuǎn)換效率提高0.1%，節(jié)約生產(chǎn)成本5%以上。
【權利要求】
1.一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，其特征在于裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶硅硅料，單晶硅硅料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶硅硅料緊密排布；方形石英坩堝內(nèi)壁貼壁放置平滑的方形多晶硅硅料，貼滿整個坩堝內(nèi)壁，且保證方形多晶硅硅料之間沒有間隙；在其余位置填充多晶硅碎料，最后上層放置方形多晶硅硅料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶硅硅料的溫度低于1380°C。
2.根據(jù)權利要求1所述的所述的一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，其特征在于單晶硅硅料的半徑為0.5~3cm,長度為I~4cm。
【文檔編號】C30B28/06GK103510157SQ201310467019
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權日:2013年10月9日
【發(fā)明者】李鵬廷, 王峰, 任世強, 熊華江, 譚毅, 姜大川, 黃佳琪, 邵偉, 劉燕 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司