CN102181926A - 一种多晶硅铸锭的掺杂方法及其实现该方法的铸锭设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法及其掺杂设备，其掺杂方法包括：1、将不低于50％的原生硅料及其回收的杂料置于坩埚内，将坩埚装入铸锭炉内；2、将铸锭炉升温，当硅料全部融化时，从熔融的硅液中提取出一部分多晶硅液凝固成多晶硅块，快速冷却到室温后对多晶硅块进行导电类型和电阻率测试；3、根据多晶硅块的导电类型和电阻率测量数据计算掺杂硼母合金的重量；4、将所计算的硼母合金添加到铸锭炉内熔融的多晶硅料中进行铸锭。其掺杂设备包括石英坩埚、铸锭炉、充氮冷却副室、熔融硅料石英提取棒和硼母合金进料勺。使用本发明的方法抽测硅料评估硅料整体质量性能精确度高，故计算掺杂硼母合金的重量准确，废品率低。本发明的设备结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明属于一种太阳能多晶硅铸锭技术，涉及一种太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法及其实现该方法的设备。
背景技术
当前，制备多晶硅太阳能电池的硅片导电类型要求为P型、电阻率要求在1-3Ω·cm范围内，因此需要对铸锭的多晶硅料进行硼母合金的配料掺杂。现行方法是装料前装料人员通过对所装硅料进行抽测，测定电阻率和导电类型，根据抽测的电阻率和导电类型数据，确定需要掺杂硼母合金的重量。对于高质量的原生硅料通过抽测部分硅料就能够反映硅料的整体情况，计算的硼母合金掺杂重量比较准确，故铸造出来的多晶硅锭的导电类型和电阻率均能够满足太阳能电池的要求。由于高质量的原生硅料价格太高，多晶硅铸锭厂家经常将单晶边皮料、单晶头尾料、单晶埚底料、多晶边皮料、多晶顶底料以及单、多晶硅片废料等低品质杂料掺入原生硅料中进行铸锭，以降低成本。由于上述杂料的存在，通过抽测很难评估硅料整体的质量性能，故计算硼母合金的配料掺杂重量很容易出现偏差，以至于多晶硅锭出现P型高阻或低阻硅锭，甚至出现N型锭等废品，造成巨大的经济损失。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种多晶硅铸锭的掺杂方法及其实现该方法的铸锭设备，使用该方法抽测硅料评估硅料整体质量性能精确度高，故计算掺杂硼母合金的重量准确，废品率低。
为实现本发明的目的，本发明的技术解决方案是：一种太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法，其包括以下步骤：
1、将不低于50％的原生硅料及其回收的杂料置于石英坩埚内，将石英坩埚装入铸锭炉内；
2、将铸锭炉升温，当硅料全部融化时，从熔融的硅液中提取出一部分多晶硅液，将提取的多晶硅液凝固成多晶硅块，快速冷却到室温后对多晶硅块进行导电类型和电阻率测试；
3、根据多晶硅块的导电类型和电阻率测量数据计算掺杂硼母合金的重量；
4、将所计算的硼母合金添加到铸锭炉内熔融的多晶硅料中进行铸锭。
为完成上述所述太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法，本发明的还提供了一种铸锭设备，其包括石英坩埚、铸锭炉、副室、熔融硅料石英提取棒和硼母合金进料勺；铸锭炉上端面开有提取口，提取口上固定有副室；副室下端固定有密封提取口的控制阀门，上端有提取棒插口，提取棒和副室壁用橡胶圈密封，侧壁上有观测门、进气管和出气管、还固定有可绕轴旋转的进料勺，进气管和出气管分别安装有控压阀；石英提取棒的下端可拆卸地固定有盛料勺。这样，当装入铸锭炉内的硅料全部熔化后，将副室内空气抽出，使其压力与铸锭炉内的压力环境相同，这时打开提取口的控制阀门，石英提取棒下端的盛料勺快速盛取熔融的硅样料后，提出到盛料勺位于副室内后，将控制阀门关闭，这时打开进气管和出气管上的控压阀，充入氩气，并保持一定的压力，以便快速冷却多晶硅样料。当石英提取棒的盛料勺内的硅样料凝固，并冷却到室温时，将副室压力调整到大气压力，打开副室门，从石英提取棒上拆下盛料勺，取出多晶硅样块。对多晶硅样块进行导电类型和电阻率测试，计算出添加的硼母合金的重量，放入进料勺，关闭副室门，再次将副室内空气抽出，使其压力与铸锭炉内的压力环境相同，再次打开提取口的控制阀门，旋转盛料勺，将硼母合金置于熔融的多晶硅液中铸锭，关闭控制阀门。也可使用其它装置提取熔融的硅料，只要从铸锭炉内提取熔融的硅料和加入硼母合金时不破坏铸锭炉的铸锭环境即可。
采用本发明的方法取出的多晶硅样块是在铸锭炉中的硅料全部融化混合后取出的，硅料的整体性能均匀，故部分溶液可以代表整体溶液的性能。我们通过测量部分溶液结晶成的多晶硅样块即可反映出整体硅液结晶成固体的性能。当掌握了整体硅液凝固成多晶硅锭电性能后，在计算掺杂的硼母合金重量时就不会出现偏差，使原生硅料中掺入单晶边皮料、单晶头尾料、单晶埚底料、多晶边皮料、多晶顶底料以及单、多晶硅片废料等杂料后准确计算掺杂的硼母合金重量成为可能，从而减少了多晶硅锭出现P型高阻或低阻硅锭，甚至出现N型锭的几率，有效降低了生产过程中的经济损失。表1为正常掺杂与本发明方法掺杂电性能良率对比。
表1正常掺杂与本发明方法掺杂电性能良率对比
附图说明
图1为本发明的铸锭设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例，一种太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法，其包括以下步骤：
1、将不低于50％的原生硅料及其回收的杂料：单晶边皮料、单晶头尾料、单晶埚底料、多晶边皮料、多晶顶底料以及单、多晶硅片废料等杂料中的一种或者任意种置于坩埚内，将坩埚装入铸锭炉内。
2、将铸锭炉升温，当硅料全部融化时，从熔融的硅液中提取出一部分硅液，凝固成多晶硅块，多晶硅块用氩气快速冷却到室温后，用P/N型测试仪测量硅块的导电类型，用四探针电阻测试仪测量硅块的电阻率。
3、根据多晶硅块的导电类型和电阻率测量数据计算掺杂硼母合金的重量；
4、将所计算的硼母合金添加到铸锭炉内熔融的多晶硅料中进行铸锭。
为完成上述所述太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法，本发明的还提供了一种铸锭设备，如图1所示，其包括石英坩埚2、铸锭炉1、副室12、熔融硅料石英提取棒4和硼母合金进料勺6。铸锭炉1上端面开有提取口，提取口上固定有副室12。副室12下端固定有密封提取口的控制阀门5，上端有提取棒4的插口，提取棒4和副室12壁用橡胶圈11密封，侧壁上有观测门10、进气管13和出气管14、还固定有可绕轴旋转的进料勺6，进气管13和出气管14分别安装有控压阀8、7。石英提取棒4的下端螺纹固定有盛料勺15。进气管13和出气管14充入氩气保护气。
本发明的方法还可采用其它设备实现，只要从铸锭炉内提取熔融的硅料和加入硼母合金时不破坏铸锭炉的铸锭环境即可。
Claims (2)
1.一种太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法，其包括步骤：(1)将不低于50％的原生硅料及其回收的杂料置于石英坩埚内，将石英坩埚装入铸锭炉内；其特征在于：其还包括以下步骤：(2)将铸锭炉升温，当硅料全部融化时，从熔融的硅液中提取出一部分多晶硅液，将提取的多晶硅液凝固成多晶硅块，快速冷却到室温后对多晶硅块进行导电类型和电阻率测试；(3)根据多晶硅块的导电类型和电阻率测量数据计算掺杂硼母合金的重量；(4)将所计算的硼母合金添加到铸锭炉内熔融的多晶硅料中进行铸锭。
2.一种完成权利要求1所述的太阳能多晶硅铸锭的掺杂方法的铸锭设备，其包括石英坩埚、铸锭炉、副室、熔融硅料石英提取棒和硼母合金进料勺；铸锭炉上端面开有提取口，提取口上固定有副室；副室下端固定有密封提取口的控制阀门，上端有提取棒插口，提取棒和副室壁用橡胶圈密封，侧壁上有观测门、进气管和出气管、还固定有可绕轴旋转的进料勺，进气管和出气管分别安装有控压阀；石英提取棒的下端可拆卸地固定有盛料勺。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20110914 |