CN102732962B - 一种铸造高效大晶粒硅锭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，其特征在于：该铸锭方法的步骤如下：①使用单晶硅棒开方后剩余的边皮作为籽晶，将单晶边皮平整地贴在坩埚底部，籽晶上面添加硅料，添加硼掺杂剂；②将装满硅料的坩埚放入普通铸锭炉内，开始抽真空、加热，籽晶剩余高度为0~20mm之内时，结束融化步骤进入长晶步骤；③随后将炉内温度下降，按照正常铸锭工艺逐渐打开底部热门，开始长晶，使晶体顺延籽晶向上生长；④长晶结束后经退火和冷却步骤，得到大晶粒硅锭。这种铸锭方法能够大幅度提高电池效率，实现铸锭和电池效率综合效益增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，属于多晶硅铸锭技术领域。
背景技术
在快速发展的光伏行业，晶体硅电池凭借其高效率和稳定性占据了绝大部分的份额，其中多晶硅电池以较高的性价比，成为当前市场上占据份额最大的光伏电池，高效率和低成本则是多晶硅电池追求的目标。
多晶硅主要采用定向凝固的方法制得，该方法具有单次投料量大，制造成本较低，生产过程简单等特点。但是多晶硅内部有大量的晶界和晶体缺陷，导致制成的多晶硅电池的效率要低于单晶硅电池，目前多晶硅电池效率为17.0%左右，而直拉单晶硅电池效率在18.5%左右。
铸造单晶是采用定向凝固的方法制造具有单一晶向的硅锭，将单晶硅和多晶硅的优势相结合，达到高效率和低成本的统一。但是，铸造单晶技术目前还不成熟，采用直拉单晶作为铸造籽晶，成本增加较多，电池效率提升幅度相对较小，经济效益上还没有竞争优势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供在硅片成本增加较少的情况下，大幅度提高电池效率，实现铸锭和电池效率综合效益增加的一种铸造高效大晶粒硅锭的方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，该铸锭方法的步骤如下：
①使用单晶硅棒开方后剩余的边皮作为籽晶，将单晶边皮平整地贴在坩埚底部，凸起的一面朝上，并排铺满整个坩埚底部，籽晶上面添加硅料约500Kg，按照目标电阻率1-2~2.0Ω·cm添加硼掺杂剂。
②将装满硅料的坩埚放入普通铸锭炉内，开始抽真空、加热，融化阶段炉内温度控制在1520~1560℃，用石英棒测试，硅料融化界面位于籽晶之上50~100mm之内时，炉内温度降为1450~1550℃之间。硅料剩余高度为20~50mm之内时，适当打开底部热门，控制坩埚底部温度在1200~1350℃，籽晶剩余高度为0~20mm之内时，结束融化步骤进入长晶步骤。
③随后将炉内温度降至1410-1440℃，按照常规的铸锭工艺逐渐打开底部热门，开始长晶，使晶体顺延籽晶向上生长，控制长晶速度在1-2cm/h。
④长晶结束后经退火和冷却步骤，得到大晶粒硅锭。
步骤①所采用的作为籽晶的单晶边皮料可以用头尾料或反切料来代替。
步骤①中籽晶的晶向不限，可以是（100）、（110）、（111）或其他晶向，优选（100）晶向。
本发明一种铸造高效大晶粒硅锭的方法具有以下优点：
本发明一种铸造高效大晶粒硅锭的方法与常规的铸锭方法相比，它使用了单晶回炉料作为籽晶，相对单晶硅棒成本低廉；籽晶种类、形状和晶向要求较低，籽晶来源充足；对硅锭单晶比例和晶粒尺寸要求较低，铸锭过程相对简单，易于推广。大晶粒硅片电池相对效率较高，综合经济效益优于常规铸锭。
具体实施方式
本发明涉及一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，该铸锭方法的步骤如下：
①使用单晶硅棒开方后剩余的边皮作为籽晶，将单晶边皮平整地贴在坩埚底部，凸起的一面朝上，并排铺满整个坩埚底部，籽晶上面添加硅料约500Kg，按照目标电阻率1-2~2.0Ω·cm添加硼掺杂剂。
②将装满硅料的坩埚放入普通铸锭炉内，开始抽真空、加热。融化阶段炉内温度控制在1520~1560℃，用石英棒测试，硅料融化界面位于籽晶之上50~100mm之内时，炉内温度降为1450~1550℃之间。硅料剩余高度为20~50mm之内时，适当打开底部热门，控制坩埚底部温度在1200~1350℃。籽晶剩余高度为0~20mm之内时，结束融化步骤进入长晶步骤。
③随后将炉内温度降至1410-1440℃，按照常规的铸锭工艺逐渐打开底部热门，开始长晶，使晶体顺延籽晶向上生长，控制长晶速度在1-2cm/h。
④长晶结束后经退火和冷却步骤，得到大晶粒硅锭。
步骤①所采用的作为籽晶的单晶边皮料可以用头尾料或反切料来代替。
步骤①中籽晶的晶向不限，可以是（100）、（110）、（111）或其他晶向，优选（100）晶向。
硅锭开方后可以看到，籽晶最高处剩余约10mm，沿籽晶向上晶粒较大，籽晶结合处上部有小晶粒出现，越往上晶粒越大越均匀。经晶体检测和切片后得到大晶粒硅片，晶粒尺寸在10~100mm不等。采用相同的电池生产工艺做电池，对比电池效率，大晶粒硅锭中心区和边角区硅片电池效率比常规方法制得的多晶硅片的电池效率分别高出0.7%和0.4%。
Claims (3)
1.一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，其特征在于：该铸锭方法的步骤如下：
①使用单晶硅棒开方后剩余的边皮作为籽晶，将单晶边皮平整地贴在坩埚底部，凸起的一面朝上，并排铺满整个坩埚底部，籽晶上面添加硅料500Kg，按照目标电阻率2.0Ω·cm添加硼掺杂剂；
②将装满硅料的坩埚放入普通铸锭炉内，开始抽真空、加热，融化阶段炉内温度控制在1520~1560℃，用石英棒测试，硅料融化界面位于籽晶之上50~100mm之内时，炉内温度降为1450~1550℃之间;硅料剩余高度为20~50mm之内时，适当打开底部热门，控制坩埚底部温度在1200~1350℃，籽晶剩余高度为0~20mm之内时，结束融化步骤进入长晶步骤；
③随后将炉内温度降至1410-1440℃，按照常规的铸锭工艺逐渐打开底部热门，开始长晶，使晶体顺延籽晶向上生长，控制长晶速度在1-2cm/h；
④长晶结束后经退火和冷却步骤，得到大晶粒硅锭。
2.根据权利要求1所述的一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤①所采用的作为籽晶的单晶边皮料可以用头尾料或反切料来代替。
3.根据权利要求1所述的一种铸造高效大晶粒硅锭的方法，其特征在于：步骤①中籽晶的晶向优选（100）晶向。
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