CN102242392A - 铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法 - Google Patents

铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，涉及晶种稳定在炉底的方法，GT多晶铸锭炉或四面加热器加顶部加热器铸锭炉中：a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1420摄氏度及以上时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1200～1350摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1350～1400摄氏度，第二步稳定20～500分钟；c下降TC1至1410～1450摄氏度，进入长晶阶段。本发明的有益效果在于：通过本方法的控制，在GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生长类似单晶过程中，在炉底使融化硅液始终处于过冷的粘稠状态，从而使晶种固化在炉底，不熔化或漂浮，可进一步降低晶种高度，从而降低成本。

Description

铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法
技术领域
本发明涉及晶体生长领域，涉及晶种稳定在炉底的方法，具体是铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定在炉底的方法。
背景技术
生产硅锭的方法有：CZ法生产单晶硅锭，铸锭法生产多晶硅锭，FZ法生产单晶硅锭、EFG生产硅带等方法。由于成本问题，目前太阳能电池片主要使用CZ法单晶硅片和铸造法多晶硅片。CZ法单晶硅由于制造成本是铸锭多晶硅的4～5倍，能耗上高出5～7倍，导致CZ单晶硅的市场份额越来越少。但由于铸锭法生产多晶硅锭，存在大量的位错、晶界，使得铸锭法多晶硅片制成的电池片，存在效率偏低的情况，一直使铸锭法多晶硅锭无法完全取代CZ单晶硅锭。
在国际上，跨国巨头BP公司的对用铸锭炉生产类似单晶（准单晶）硅锭的工艺已开发多年，2010年被ALD收购，使得ALD多晶铸锭炉已经小规模开发出铸锭法生产类似单晶硅锭的设备和工艺。
目前，尚未见到针对在GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生长类似单晶（准单晶）过程中，铸造多晶炉内融化后，稳定晶种在炉底的方法内容的公开报道或专利申请。
由于铸锭炉生长晶体需要从底部开始生长，类似单晶的生长也只能从底部开始，这就要求在硅料熔化时，底部的晶种不能熔化或漂起。如果没有特殊的稳定晶种在炉底的方法，由于硅晶体固态密度为2.33g/cm3（克/立方厘米，下同），而融化硅液的密度为2.53g/cm3，在熔化过程中，硅熔液从上向下流动，最后充满坩埚，此时晶种处于坩埚底部，由于晶种密度低于熔液密度，势必会导致晶种漂浮，会出现晶种漂浮到硅熔液上的情况，晶种浮起后，也就无法生长类似单晶，导致整个工艺失败。
发明内容
本发明的目的就是提供一种铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，在GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生长类似单晶（准单晶）过程中，使晶种固定在炉底而不漂起。
本发明通过控制炉内TC2（底部的导热块下的测温电偶温度值），执行抓晶种工艺，使晶种固定在炉底而不漂起。
本发明的目的是通过以下方案实现的： 
铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，其特征在于：GT多晶铸锭炉或四面加热器加顶部加热器铸锭炉中：
a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1（顶部的加热器附近的测温电偶的温度值）达到1420摄氏度及以上（一般TC1达到1420～1600 摄氏度）时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2（底部的导热块下的测温电偶温度值）在1200～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1350～1400摄氏度，第二步稳定10～500分钟；
c下降TC1至1410～1450摄氏度，进入长晶阶段。
进一步：
其中：a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1440～1580摄氏度时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1220～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1355～1395摄氏度，第二步稳定10～500分钟。
再进一步：
其中：a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1460～1560摄氏度时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1260～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1360～1390摄氏度，第二步稳定20～500分钟。
本发明的有益效果在于：通过本方法的控制，在GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生长类似单晶（准单晶）过程中，在炉底使融化硅液始终处于过冷的粘稠状态，从而使晶种固化在炉底，不熔化或漂浮，同时可进一步降低晶种高度，从而降低成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例：
铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定在炉底的方法，其特征在于：GT多晶铸锭炉或四面加热器加顶部加热器铸锭炉中：
a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1420～1600 摄氏度时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼控制TC2在1200～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
具体，其中还可做以下选择：通过打开隔热笼控制TC2在1200～1220摄氏度，或1220～1340摄氏度，或1240～1260摄氏度，或1260～1280摄氏度，或1280～1300摄氏度，或1300～1320摄氏度，或1320～1350摄氏度；TC2的控制时间可以选择在20～60分钟，或60～100分钟，或100～140分钟，或140～180分钟，或180～220分钟，或220～260分钟，或260～500分钟；
b第一步完成后，通过控制隔热笼，将TC2提升到1350～1400摄氏度，第二步稳定20～500分钟；
具体：其中还可作以下选择：将TC2提升到1350～1360摄氏度，或1360～1370摄氏度，或1370～1380摄氏度，或1380～1390摄氏度，或1390～1400摄氏度；第二步稳定20～60分钟，或60～90分钟，或90～120分钟，或120～160分钟，或160～200分钟，或200～250分钟，或250～300分钟，或300～350分钟，或350～400分钟，或400～450分钟，或450～500分钟；
c下降TC1至1410～1450摄氏度，进入长晶阶段。
由于第一步的稳定时间可以与第二步的稳定时间相互抵消，也就是第一步稳定时间加长将直接导致第二步稳定时间缩短，所以在本专利中，第一步、第二步的稳定时间范围比较大，是从20～500分钟。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，其特征在于：GT多晶铸锭炉或四面加热器加顶部加热器铸锭炉中：
a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1420摄氏度及以上时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1200～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1350～1400摄氏度，第二步稳定20～500分钟；
c下降TC1至1410～1450摄氏度，进入长晶阶段。
2.根据权利要求1所述的铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，其特征在于：其中：
a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1440～1580摄氏度时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1220～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1355～1395摄氏度，第二步稳定20～500分钟。
3.根据权利要求1所述的铸造法生产类似单晶硅锭炉内融化后晶种稳定炉底的方法，其特征在于：其中：
a铸锭炉升温熔化过程中，当TC1达到1460～1560摄氏度时，保持TC1稳定，通过打开隔热笼，控制TC2在1240～1350 摄氏度，TC2的控制时间在20～500分钟；
b第一步完成后，保持TC1稳定，通过控制隔热笼，将TC2提升到1360～1390摄氏度，第二步稳定20～500分钟。
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