CN103014852A - 一种用于铸造高效多晶硅锭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，采用纯度超过99.9%、粒径为0.01～100μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的20～70%；以混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为0.3～5mm的硅粉涂层，干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。本发明方法生产出来的多晶硅锭切成硅片后，硅片缺陷密度低，做成电池后，转换效率比普通多晶硅片的效率高0.3～1%。采用本发明方法铸锭，成本与主流铸锭方法相当，成品率可以超过69%。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅锭的铸造方法，特别是一种用于铸造高效多晶硅锭的方法。
背景技术
现有技术中的多晶硅锭的铸造方法主要有：
1．类单晶技术：为了提高多晶硅锭的质量，铸锭厂家开发了类单晶技术。公开资料显示，类单晶技术在2006年由BPSolar研制成功，随后国内晶澳、LDK、韩华新能源、凤凰光伏等厂家相继发布其类单晶研究进展。该技术采用10mm～20mm厚的单晶作为籽晶，将单晶置于喷好氮化硅涂层的石英坩埚底部，然后再装硅料。化料时通过调整工艺参数，控制化料结束时固液界面在单晶籽晶处，并使单晶融化掉一部分，剩余未融化的一部分单晶作为籽晶，从籽晶处开始形核长晶，最后得到类单晶硅锭。
类单晶技术存在如下缺陷：①单晶籽晶成本高；②类单晶硅锭中间偏上位置处的位错密度非常高，其位错密度甚至比普通硅锭中的位错密度还高，因此采用类单晶硅片做出来的电池片中，低效比例超过了10%。由于成本高，低效比例高，该技术目前还没有大规模应用。
2、碎硅片技术：专利申请号为201210291256.3的中国公开专利文献，公布了一种用碎硅片作为籽晶来铸造多晶硅锭的方法，该方法采用在已喷涂好氮化硅涂层的石英坩埚底部预先铺设一定厚度的碎硅片，然后正常装料。化料时通过调整工艺参数，控制化料结束时固液界面在碎硅片处，并使碎硅片融化掉一部分，剩余未融化的碎硅片作为籽晶，从籽晶处开始形核长晶，最后得到高质量硅锭。
采用碎硅片作为籽晶，由于坩埚中金属杂质扩散的原因，会导致采用该技术铸出来的硅锭中，底部红区偏长，成品率偏低，其成品率低，一般在63%左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种硅锭缺陷少、位错密度低、成品率高的提高铸造多晶硅锭质量的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其特点是，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为0.01μm～100μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为20%～70%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为0.3～5mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
本发明所述的用于铸造高效多晶硅锭的方法的步骤（1）中，还可以将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为20%～70%，添加剂占混合物的质量百分比0.1%～10%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。这样可以进一步提高硅粉涂层质量。
与现有技术相比，本发明方法生产出来的多晶硅锭切成硅片后，硅片缺陷密度低，做成电池后，转换效率比普通多晶硅片的效率高0.3～1.0%。采用本发明方法铸锭，成本与主流铸锭方法相当，但是位错密度会大大降低，硅锭缺陷少，成品率可以超过69%，成本大大低于碎硅片技术的成本。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为0.01μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为20%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为0.3mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例2，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为100μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为70%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为5mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例3，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为1μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为50%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为2mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例4，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为10μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为30%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为1mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例5，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为20μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为35%，添加剂占混合物的质量百分比5%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为3mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例6，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为10μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为55%，添加剂占混合物的质量百分比1%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为2mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例7，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为0.05μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为25%，添加剂占混合物的质量百分比0.1%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为0.8mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
实施例8，一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为50μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为60%，添加剂占混合物的质量百分比10%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为1mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
Claims (2)
1.一种用于铸造高效多晶硅锭的方法，其特征在于，其步骤如下：
（1）采用纯度超过99.9%、粒径为0.01μm～100μm的硅粉为原料；将硅粉与纯水进行搅拌混合均匀，纯水占混合物的质量百分比为20%～70%；
（2）以上述硅粉与纯水的混合物作为多晶铸锭形核剂；在坩埚进行氮化硅喷涂结束后，将混合物喷或刷至坩埚底部形成一层厚度为0.3～5mm的硅粉涂层，硅粉涂层干燥后，获得龟裂的硅粉涂层与/或不龟裂的硅粉涂层，最后装料铸锭，长晶时龟裂硅粉涂层以硅粉与裂缝作为形核点，不龟裂的硅粉涂层以硅粉作为形核点进行铸锭生长，获得多晶硅锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）中，将硅粉与纯水、添加剂进行搅拌混合，纯水占混合物的质量百分比为20%～70%，添加剂占混合物的质量百分比0.1%～10%；所述的添加剂选自硅溶胶、硅酸、聚乙烯醇、氮化硅中的一种或几种。
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