CN102758242A - 一种单晶硅铸锭的装料方法及单晶硅铸锭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单晶硅铸锭的装料方法，该方法包括：在坩埚底面上放置多个籽晶；在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。本发明还公开了一种单晶硅铸锭的方法，实现了在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化使得单晶铸锭过程难以控制。

Description

一种单晶硅铸锭的装料方法及单晶硅铸锭方法
技术领域
本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种单晶硅铸锭的装料方法和单晶硅铸锭方法。
背景技术
目前得到所述晶体硅的方法通常包括：单晶硅的直拉（CZ，Czochralski）法和区熔（FZ，Float-Zone）法，以及多晶硅的定向凝固法。其中，由于生产多晶硅的定向凝固法每次铸出来的多晶硅锭较大，大大的提高了生产效率，但常规的多晶硅中由于晶界、位错的缺陷，这会导致使用该多晶硅生产的电池转换效率偏低。而单晶硅生产的电池就不会存在以上多晶硅的转换效率偏低这种情况，单晶硅电池转换效率也比多晶硅电池的转化效率要高。但用直拉或区熔的方法生产的单晶硅的成本较高且生产效率较低。有鉴于此，现有技术提出了利用定向凝固的方法来生产单晶硅即单晶铸锭方法，从而提高晶体硅的转换效率情况下提高生产效率从而降低生产成本，但现有技术中，单晶铸锭方法中，由于在装硅料时，籽晶之间以及籽晶与坩埚壁之间有空隙，当硅原料熔化时熔融硅会通过所述籽晶之间以及籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化；同时，现有的装料方式会出现熔化的熔融硅与籽晶接触过快而导致籽晶容易熔化使得单晶铸锭过程难以控制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种单晶硅铸锭的装料方法和单晶硅铸锭的方法，在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化而使得单晶铸锭过程难以控制。
本发明实施例提供了一种单晶硅铸锭的装料方法，包括：
在坩埚底面上放置多个籽晶；
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；
在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。
优选地，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中，对每个空隙部分填充所述熔点不低于硅的一种或多种填充物，以使所述空隙不完全填满所述填充物。
优选地，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶表面铺设一层硅粉；
在所述硅粉上面再铺设一层硅晶体碎片；
在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料。
优选地，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶表面铺设一层硅粉；
在所述硅粉上再铺设硅晶体块料。
优选地，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶上面铺设一层硅晶体碎片；
在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料。
优选地，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充硅粉。
优选地，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充氮化硅粉末。
优选地，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间填充硅粉和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填氮化硅粉末。
本发明实施例一种单晶硅铸锭的方法，运用以上所述的单晶硅铸锭的装料方法在所述坩埚中进行装料，将所述装好硅原料的坩埚置于铸锭炉中进行铸锭。
本发明实施例公开了一种单晶硅铸锭的装料方法，该方法包括：在坩埚底面上放置多个籽晶；在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。实现了在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化使得单晶铸锭过程难以控制。
附图说明
    为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例单晶硅铸锭的装料方法的流程图；
图2是本发明实施例运用单晶硅铸锭的装料方法装料后的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造
性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本发
明实施例进一步详细说明。
参考图1是本发明实施例单晶硅铸锭的装料方法的流程图。如图1所示 ，该方法包括以下步骤：
步骤S101，在坩埚底面上放置多个籽晶。
本步骤中，所述在坩埚底面上放置多个籽晶，具体地，所述坩埚可以为陶瓷坩埚或石墨坩埚，所述坩埚底部放置的籽晶可以为同一晶向或不同晶向的籽晶；进一步地所述坩埚底面放置的籽晶与所述硅原料接触的面基本处于同一平面。
步骤S102，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物。
本步骤中，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物，具体地，在所述坩埚底面放置的所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中，对每个所述籽晶与籽晶之间的空隙和所述籽晶与所述坩埚之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，所述填充物最好为粉末状以便于填充到所述缝隙中去，例如所述填充物可以为硅粉或氮化硅粉末等。在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充的熔点不低于硅的填充物可以为一种或者多种。具体实施时包括在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充硅粉；或者在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充氮化硅粉末；或者在所述籽晶与籽晶之间填充硅粉和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填氮化硅粉末。在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物后，单晶铸锭过程中当所述坩埚内籽晶上的硅原料熔融后的熔融硅就不会通过所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙流入，导致籽晶浮起和完全熔化，而使得利用籽晶进行单晶铸锭不能完成。进一步地，为了使得所述利用籽晶进行单晶铸锭能够达到更好的效果，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中，对每个空隙部分填充所述熔点不低于硅的填充物，以使所述空隙不完全填满所述填充物。其中，部分填充所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙，使得所述单晶铸锭过程中当所述坩埚内籽晶上的硅原料熔融后的熔融硅就可以流入部分填充的缝隙当中，从而使得所述籽晶与熔融硅接触的地方部分熔化有利于利用所述籽晶的后续长晶。
步骤S103，在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。
本步骤中，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料，具体地，可以在所述坩埚内籽晶的表面随意的放置适量的硅原料用于单晶铸锭；也可以为了更好的控制所述单晶铸锭过程采用分层的装料方式，所述分层的装料为根据硅原料导热系数高低的分层装料方式；其中，所述分层装料具体包括在所述籽晶表面铺设一层硅粉，在所述硅粉上面再铺设一层硅晶体碎片，在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料的装料方式；或者在所述籽晶表面铺设一层硅粉，在所述硅粉上再铺设硅晶体块料的装料方式；或者在所述籽晶上面铺设一层硅晶体碎片，在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料的装料方式。所述按照硅原料的导热系数高低分层的装料方式，其中所述硅粉、硅晶体碎片以及硅晶体块料的导热系数由低到高，在硅原料熔化过程中，所述硅原料从上开始熔化而体积细小的硅晶体碎片和硅粉始终紧压着底部的籽晶，从而在单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化，使得单晶铸锭过程难以控制。同时，所述硅料的上面放置的硅晶体块料还起到压紧籽晶防止籽晶浮起的作用。
本发明实施例公开了一种单晶硅铸锭的装料方法，该方法包括：在坩埚底面上放置多个籽晶；在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。实现了在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化使得单晶铸锭过程难以控制。
下面举具体实施例对本发明的发明内容加以说明，需要说明的是，下面实施例只是本发明所包含的部分具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据这些实施方式获得其他的实施方式仍属于本发明所涵盖的实施方式。
   参考图2，是本发明实施例运用单晶硅铸锭的装料方法装料后的结构示意图，如图2所示，包括坩埚1、籽晶11、填充物12、硅粉13、硅晶体碎片14和硅晶体块料15；在所述坩埚1底面上放置多个籽晶，所述坩埚1可以为陶瓷坩埚或石墨坩埚，所述坩埚1底部放置的籽晶11可以为同一晶向或不同晶向的籽晶11；进一步地所述坩埚1底面放置的籽晶11与所述硅原料接触的面基本处于同一平面。在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物12，所述填充物12最好为粉末状以便于填充到所述缝隙中去，例如所述填充物12可以为硅粉或氮化硅粉末等。在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填充的熔点不低于硅的填充物12可以为一种或者多种。具体实施时包括在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填充硅粉；或者在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填充氮化硅粉末；或者在所述籽晶11与籽晶11之间填充硅粉和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填氮化硅粉末。在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物12后，单晶铸锭过程中当所述坩埚1内籽晶11上的硅原料熔融后的熔融硅就不会通过所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙流入，导致籽晶11浮起和完全熔化而使得利用籽晶11进行单晶铸锭不能完成。为了使得所述利用籽晶11进行单晶铸锭能够达到更好的效果，在所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙中，对每个空隙部分填充所述熔点不低于硅的填充物12，以使所述空隙不完全填满所述填充物12。其中，部分填充所述籽晶11与籽晶11之间和籽晶11与坩埚壁之间的空隙，使得所述单晶铸锭过程中当所述坩埚1内籽晶上的硅原料熔融后的熔融硅就可以流入部分填充的缝隙当中，从而使得所述籽晶11与所述熔融硅接触的地方部分熔化有利于利用所述籽晶11的后续长晶。在所述籽晶11表面铺设一层硅粉13，在所述硅粉13上面再铺设一层硅晶体碎片14，在所述硅晶体碎片14上铺设硅晶体块料15；所述按照硅原料的导热系数高低的这种分层的装料方式，其中所述硅粉13、硅晶体碎片14以及硅晶体块料15的导热系数由低到高，在硅原料熔化过程中，所述硅原料从上开始熔化而体积细小的硅晶体碎片14和硅粉13始终紧压着底部的籽晶，从而在单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶11而导致籽晶11过快的熔化，使得单晶铸锭过程难以控制。同时，所述硅料的上面放置的硅晶体块料15还起到压紧籽晶11防止籽晶11浮起的作用。所述分层的装料方式进一步还包括在所述籽晶11表面铺设一层硅粉13，在所述硅粉13上再铺设硅晶体块料15的装料方式；或者在所述籽晶11上面铺设一层硅晶体碎片14，在所述硅晶体碎片14上铺设硅晶体块料15的装料方式等。
本发明实施例公开了一种单晶硅铸锭的装料方法，该方法包括：在坩埚底面上放置多个籽晶；在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。实现了在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化使得单晶铸锭过程难以控制。
同时，本发明还包括一种单晶硅铸锭的方法，该方法利用图1和图2所述的单晶硅铸锭的装料方法装料后，将所述装好料的坩埚放入多晶硅铸锭炉中进行铸锭，就完成了本发明的单晶硅铸锭的方法。所述单晶硅铸锭的装料方法与以上图1和图2中描述的一一对应且相同，所述将装好硅料的坩埚放入多晶硅铸锭炉中进行铸锭的方法与现有技术相一致，在此就不再赘述。
本发明实施例公开了一种单晶硅铸锭的装料方法，该方法包括：在坩埚底面上放置多个籽晶；在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。实现了在坩埚中装硅原料时，在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的填充物，防止硅原料熔化时熔融硅通过所述籽晶与籽晶和籽晶与坩埚壁之间的空隙渗透进去导致籽晶浮起和熔化，以及按硅原料导热系数高低分层次的装料方式增加单晶铸锭过程中增大了温度的梯度，避免了熔融硅过早的接触籽晶而导致籽晶过快的熔化使得单晶铸锭过程难以控制。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种单晶硅铸锭的装料方法，其特征在于，包括：
在坩埚底面上放置多个籽晶；
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物；
在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中，对每个空隙部分填充所述熔点不低于硅的一种或多种填充物，以使所述空隙不完全填满所述填充物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶表面铺设一层硅粉；
在所述硅粉上面再铺设一层硅晶体碎片；
在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶表面铺设一层硅粉；
在所述硅粉上再铺设硅晶体块料。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶的表面放置用于铸锭的硅原料具体包括：
在所述籽晶上面铺设一层硅晶体碎片；
在所述硅晶体碎片上铺设硅晶体块料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充硅粉。
7.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充氮化硅粉末。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述籽晶与籽晶之间和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填充熔点不低于硅的一种或多种填充物具体包括：
在所述籽晶与籽晶之间填充硅粉和籽晶与坩埚壁之间的空隙中填氮化硅粉末。
9.一种单晶硅铸锭的方法，其特征在于：
运用所述权利要求1至8任意一项所述的单晶硅铸锭的装料方法在所述坩埚中进行装料，将所述装好硅原料的坩埚置于铸锭炉中进行铸锭。
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