CN102560644A - 一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法，热系统采用的线圈为正方形线圈，正方形线圈线中心的孔为正方形孔，正方形线圈包括4条狭缝，所述方法包括如下步骤：a、扩肩时逐渐以-1～-4rpm/min的速率逐渐关闭下轴转速；b、关闭下轴转速时，需降低加热线圈的功率和上轴速度；c、扩肩需要缓慢扩肩，扩肩角度≤40°；本发明热系统采用的线圈为正方形线圈，所生产的区熔硅单晶柱为方形，只需进行一些平整度加工即可进行切片，材料利用率由原来的63.66%提高到了95%以上，大大降低了区熔硅单晶太阳能电池的成本，节省了各种资源。

Description

一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法

技术领域

    本发明涉及硅单晶的生产方法，特别涉及一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法。

背景技术

    太阳能电池所采用的原材料多为直拉单晶硅或是多晶硅，因为这两种硅材料成本较低，可以大规模生产。但在航天、军工等特殊领域，更为关注电池的转换效率等性能，成本并非主要关注点，所述的两种太阳能电池便不再满足使用的要求，而采用成本较高的区熔单晶硅所生产的太阳能电池，这是因为区熔硅单晶中氧、碳和金属等杂质含量最低，因而其所生产的太阳能电池转换效率也最高。由于区熔法所生产的硅单晶为圆柱形，在加工时需进行切方，因而会有大量的单晶硅被浪费。直接生产出方形区熔硅单晶可以降低成本，减少材料的浪费。

为了拉制方形区熔硅单晶，首先热系统所产生的温度分布的等温线必须是正方形，由于传统的    

    现在区熔法用的感应加热线圈是用铜质的扁平状圆盘结构，由于热系统采用的线圈均为圆形结构，热系统所产生的温度分布的等温线为圆形，所以不能满做足生产出方形区熔硅单晶的技术条件，解决这个问题必须从热系统线圈的结构入手，对现有热系统线圈的结构进行改进或重新设计。

发明内容

    本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种直接生产方形区熔单晶硅的生产方法，以降低区熔硅单晶太阳能电池的成本。

    本发明是通过这样的技术方案实现的：一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法，其特征在于：生产方形区熔硅单晶的热系统采用的线圈为正方形线圈，正方形线圈形状为铜质扁平状方盘，正方形线圈的作用为调整电流分布，使得线圈表面电流路径为正方形，从而使正方形线圈所产生的温度分布的等温线为正方形，正方形线圈中心为正方形孔，正方形线圈上有4条狭缝，4条狭缝分别位于正方形线圈的对角线上；其中一条狭缝延伸至线圈外部、另三条狭缝的长度为线圈对角线长度的0.2～0.3倍；所述方法包括如下次序步骤：

a)      扩肩时逐渐以-1～-4rpm/min的速率逐渐关闭下轴转速；

b)      关闭下轴转速时，需降低加热线圈的功率和上轴速度；

c)      扩肩需要缓慢扩肩，扩肩角度≤40°。

    本发明的有益效果是：采用本发明热系统采用的线圈为正方形线圈，所生产的区熔硅单晶柱为方形，只需进行一些平整度加工即可进行切片，材料利用率由原来的63.66%提高到了95%以上，大大降低了区熔硅单晶太阳能电池的成本，节省了各种资源。

附图说明

    图1为正方形线圈的俯视图；

    图2为有狭缝的正方形线圈施加电源后的电流路径示意图；

    图3为无狭缝的正方形线圈施加电源后的电流路径示意图。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述：

    如图1、图2所示，生产方形区熔硅单晶的热系统采用的线圈为正方形线圈，正方形线圈线中心的孔为正方形孔，正方形线圈包括4条狭缝，4条狭缝分别位于正方形线圈的对角线上；其中一条狭缝延伸至线圈外部、另三条狭缝的长度为线圈对角线长度的0.2～0.3倍；

    为了拉制方形区熔硅单晶，首先热系统所产生的温度分布的等温线必须是正方形。虽然单晶内部的热传导和单晶对周围环境的热辐射会对温度分布有一定的影响，但热传导和辐射主要使得周围的温度更接近单晶的高温区域的温度，并不会对温度分布的形状产生剧烈的影响。

当交变电流通过导体时,电流将集中在导体表面流过,这种现象叫集肤效应。所以线圈在施加高压、高频的交流电源后，电流主要在线圈表面，也就是说电子主要在线圈的表面移动。

    本发明所设计的线圈为正方形线圈，所以电流的路为的正方形，这样产生的的交变电流所产生的电磁场水平截面为正方形。电磁场对硅单晶进行加热，所以会产生正方形的等温线。

线圈的中心孔为方形，根据电流集肤效应，线圈中心电流的路径也是正方形，进而产生的电磁场、电磁场加热的等温线均为方形。

    如图2所示，如在线圈对角线上留有狭缝，主要作用为调整电流分布，使得线圈表面电流路径尽量都为正方形，保证温度的分布。

     如图3所示，如在线圈对角线上的未留有狭缝，其电流分布不均匀，线圈表面电流路径不是正方形。

在引晶、拉细颈阶段，与常规的拉晶方式相同。扩肩阶段，开始逐步降低下轴转速至0rpm。在下轴转速降低的过程中，旋转使受单晶热均匀的作用逐渐降低，硅单晶收到的加热越来越接近线圈产生的温度分布，即正方形温度分布。硅单晶逐步由圆形变为正方形。

在此过程中，下轴转速的降低速度，不能太快，否则容易造成硅熔体的剧烈波动而导致断苞，经过试验，-1～-4rpm/min的降低速率较为合适，保证不断苞的同时，使硅单晶由圆形变为正方形。

    由于下轴转速逐渐降低，所以硅单晶的散热也逐渐放缓，硅单晶生长速率降低了。为此，需要降低线圈功率和上轴速度，防止硅熔体太多而流熔。因为硅单晶为正方形，相对于圆形硅单晶，硅熔体凝固时热应力常集中在正方形的四个顶角处，热应力集中的导致硅单晶更容易断苞，所以需要在扩肩时缓慢扩肩，使扩肩角度≤40°，降低由于热应力所导致的断苞概率。

    实施例一：

1)    首先将炉门打开，用纤维纸将炉门内壁、上炉室、上轴、线圈和保温筒等部分擦拭一遍；

2)    将卡盘安装在多晶料头部，并用扳手拧紧，之后将卡盘安装在上轴低端，之后调整多晶料棒使之呈竖直状态；

3)    然后安装线圈和保温筒，并用水平仪进行水平调整。之后用专门的对中工具进行线圈的对中。之后将石墨环伸出，下降多晶使之位于石墨环上方约3mm；

4)    抽空，充入Ar气使炉压达到4bar，之后缓慢增加功率进行预热，预热时间为30分钟。之后向上升起单晶使石墨环能够收回初始位置时将石墨环退出，下降多晶料棒进行加热。

5)    待多晶料棒下端出现熔区后，上升籽晶与熔区接触进行过热引晶；

6)    引晶完毕后，开启下速进行拉细颈：细颈直径Φ2～3mm，长度为150mm；

7)    逐渐降低下轴速度进行扩肩，扩肩时逐步降低下轴转速至0rpm，同时逐渐降低线圈功率和上速，此后单晶逐步变为正方形；

8)    待单晶尺寸满足要求后，开始等径生长，之后进一步对功率和上速进行调整，完成等径生长，最后进行收尾停炉。

       根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.一种用于太阳能电池的方形区熔硅单晶生产方法，其特征在于：生产方形区熔硅单晶的热系统采用的线圈为正方形线圈，正方形线圈形状为铜质扁平状方盘，正方形线圈的作用为调整电流分布，使得线圈表面电流路径为正方形，从而使正方形线圈所产生的温度分布的等温线为正方形，正方形线圈中心为正方形孔，正方形线圈上有4条狭缝，4条狭缝分别位于正方形线圈的对角线上；其中一条狭缝延伸至线圈外部、另三条狭缝的长度为线圈对角线长度的0.2～0.3倍；所述方法包括如下次序步骤：

扩肩时逐渐以-1～-4rpm/min的速率逐渐关闭下轴转速；

关闭下轴转速时，需降低加热线圈的功率和上轴速度；

扩肩需要缓慢扩肩，扩肩角度≤40°。

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