CN103184516A - 一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构，它包括隔热笼；所述隔热笼内设有底座；所述底座上设有石墨块；所述石墨块上设有由石墨护板包裹的坩埚；所述坩埚上方设有顶部加热器，坩埚四周环设有侧部加热器；所述侧部加热器的高度b为380～420mm；所述顶部加热器与侧部加热器顶端的垂直距离a为180～200mm。本发明还提供了一种利用前述设备降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭方法，通过调整顶侧加热器的距离和侧加热器的高度，以及调节生长过程各个参数包括长晶时间、温度设定值、隔热笼提升值值等，来抑制硅锭中的阴影和硬质点的产生，提高硅锭的产品良率。

Description

一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构及方法
技术领域
本发明属于太阳能电池多晶硅铸锭技术领域，涉及一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构及方法。
背景技术
太阳能电池作为可再生的环保能源已经越来越受到人们的关注，与其相关的生产工艺及生产设备也得到了迅猛的发展。其中，用于制造多晶硅锭的多晶铸锭炉备受人们的关注。多晶铸锭炉大多采用定向凝固法生长硅晶体，其原理是：将一定纯度的多晶硅原料放置在石英陶瓷坩埚中，经特定的热场结构系统，加热至完全熔化；然后打开隔热笼从坩埚的底部开始冷却，硅溶液在坩埚底部开始结晶，逐渐向上生长(凝固)；完成生长过程后，通常会将隔热笼重新闭合，并将多晶铸锭保温一段时间退火后冷却。目前，多晶铸锭炉已经450kg炉型转向了680kg炉型和800kg炉型，并进一步向更高容量的炉型发展。800kg炉型采用的是G6坩埚（开方出26个156mm×156mm的小方锭），450kg炉型和680kg炉型用的是G5坩埚（开方出25个156mm×156mm的小方锭）。与450kg炉型相比，680kg炉型容量的增加，原有的铸锭方法往往在硅锭里产生一些阴影和硬质点，严重地降低了硅锭的产品良率。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，改善原有的铸锭方法，降低硅锭中的阴影和硬质点，以提高硅锭的产品良率。提供了一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构及方法。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构包括隔热笼；所述隔热笼内设有底座；所述底座上设有石墨块；所述石墨块上设有由石墨护板包裹的坩埚；所述坩埚上方设有顶部加热器，坩埚四周环设有侧部加热器；所述侧部加热器的高度b为380～420mm；所述顶部加热器与侧部加热器顶端的垂直距离a为180～200mm。
其中，所述坩埚为G5加高坩埚，其高度为550～650mm；所述隔热笼底部设有冷却管。
利用上述热场结构降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭方法，所述方法是将硅料放入坩埚中铸锭，投料量为580～680kg；铸锭工艺中长晶各阶段的参数如下，且隔热笼在每个阶段提升： 
G1阶段：长晶时间为0.5～1.5h、温度设定值为1430～1440℃、隔热笼提升5～8cm；
G2阶段：长晶时间为2～5h、温度设定值为1430～1440℃、隔热笼提升7～10cm；
G3阶段：长晶时间为5～6h、温度设定值为1428～1436℃、隔热笼提升9～12cm；
G4阶段：长晶时间为0.5～1.5h、温度设定值为1426～1432℃、隔热笼提升11～14cm；
G5阶段：长晶时间为03～5h、温度设定值为1422～1430℃、隔热笼提升14～17cm；
G6阶段：长晶时间为4～6h、温度设定值为1412～1420℃、隔热笼提升17～20cm；
G7阶段：长晶时间为4～6h、温度设定值为1404～1410℃、隔热笼提升19～21cm；
G8阶段：长晶时间为9～13h、温度设定值为1400～1408℃、隔热笼提升19～21cm；
G9阶段：长晶时间为3～5h、温度设定值为1396～1405℃、隔热笼提升19～21cm。适用于DSS680多晶铸锭炉。
由于坩埚高度和投料量的增加，原来的铸锭方法容易使硅锭中产生阴影和硬质点，本发明通过调整顶部加热器的距离和侧部加热器的高度，以及调节生长过程各个参数包括长晶时间、温度设定值、隔热笼提升值值等，来抑制硅锭中的阴影和硬质点的产生，提高硅锭的产品良率。闭合隔热笼后，经加热、熔化、生长、退火和冷却过程，生产一个完整的硅锭。
通过实验和生产，本发明能有效地抑制硅锭中微晶和硬质点的形成，提高硅锭的产品良率。在多次的实验和实际生产中，基本上未发现阴影或是少量的阴影出现在硅锭的头尾截断区，同时也很少出现硬质点或是硬质点总是在50mm以内，硅锭的产品良率基本上保持在70%以上。
附图说明
图1为本发明的热场结构结构示意图。
图中：1-隔热笼；2-顶部加热器；3-侧部加热器；4-石墨护板；5-坩埚；6-硅料；7-冷却管；8-石墨块；9-底座。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
实施例1
参见图1，所述降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构包括隔热笼1；所述隔热笼1内设有底座9；所述底座9上设有石墨块8；所述石墨块8上设有由石墨护板4包裹的坩埚5；所述坩埚5上方设有顶部加热器2，坩埚5四周环设有侧部加热器3；所述侧部加热器3的高度b为380～420mm；所述顶部加热器2与侧部加热器3顶端的垂直距离a为180～200mm。其中，所述坩埚5为G5加高坩埚，其高度为550～650mm；所述隔热笼1底部设有冷却管7。
实施例2
一种利用实施例1所述热场结构降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭方法，所述方法是将硅料6放入坩埚中铸锭，投料量为580kg；铸锭工艺中长晶各阶段的参数如下，且隔热笼在每个阶段提升：
G1阶段：长晶时间为0.5h、温度设定值为1430℃、隔热笼提升5cm；
G2阶段：长晶时间为2h、温度设定值为1430℃、隔热笼提升7cm；
G3阶段：长晶时间为5h、温度设定值为1428℃、隔热笼提升9cm；
G4阶段：长晶时间为0.5h、温度设定值为1426℃、隔热笼提升11cm；
G5阶段：长晶时间为03h、温度设定值为1422℃、隔热笼提升14cm；
G6阶段：长晶时间为4h、温度设定值为1412℃、隔热笼提升17cm；
G7阶段：长晶时间为4h、温度设定值为1404℃、隔热笼提升19cm；
G8阶段：长晶时间为9h、温度设定值为1400℃、隔热笼提升19cm；
G9阶段：长晶时间为3h、温度设定值为1396℃、隔热笼提升19cm。
硅锭硬质点在50mm以内，硅锭的产品良率基本上保持在70%以上。
实施例3
一种利用实施例1所述热场结构降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭方法，所述方法是将硅料6放入坩埚中铸锭，投料量为680kg；铸锭工艺中长晶各阶段的参数如下，且隔热笼在每个阶段提升：
G1阶段：长晶时间为1.5h、温度设定值为1440℃、隔热笼提升8cm；
G2阶段：长晶时间为5h、温度设定值为1440℃、隔热笼提升10cm；
G3阶段：长晶时间为6h、温度设定值为1436℃、隔热笼提升12cm；
G4阶段：长晶时间为1.5h、温度设定值为1432℃、隔热笼提升14cm；
G5阶段：长晶时间为5h、温度设定值为1430℃、隔热笼提升17cm；
G6阶段：长晶时间为6h、温度设定值为1420℃、隔热笼提升20cm；
G7阶段：长晶时间为6h、温度设定值为1410℃、隔热笼提升21cm；
G8阶段：长晶时间为13h、温度设定值为1408℃、隔热笼提升21cm；
G9阶段：长晶时间为5h、温度设定值为1405℃、隔热笼提升21cm。
硅锭硬质点在50mm以内，硅锭的产品良率基本上保持在70%以上。
 以上描述较为具体、详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的
限制，应当指出的是对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，它包括隔热笼（1）；所述隔热笼（1）内设有底座（9）；所述底座（9）上设有石墨块（8）；所述石墨块（8）上设有由石墨护板（4）包裹的坩埚（5）；所述坩埚（5）上方设有顶部加热器（2），坩埚（5）四周环设有侧部加热器（3）；所述侧部加热器（3）的高度b为380～420mm；所述顶部加热器（2）与侧部加热器（3）顶端的垂直距离a为180～200mm。
2.如权利要求1所述的热场结构，其特征在于，所述坩埚（5）为G5加高坩埚，其高度为550～650mm。
3.如权利要求1所述的热场结构，其特征在于，所述隔热笼（1）底部设有冷却管（7）。
4.一种利用权利要求1所述热场结构降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭方法，其特征在于，所述方法是将硅料放入坩埚中铸锭，投料量为580～680kg；铸锭工艺中长晶各阶段的参数如下，且隔热笼在每个阶段提升： 
G1阶段：长晶时间为0.5～1.5h、温度设定值为1430～1440℃、隔热笼提升5～8cm；
G2阶段：长晶时间为2～5h、温度设定值为1430～1440℃、隔热笼提升7～10cm；
G3阶段：长晶时间为5～6h、温度设定值为1428～1436℃、隔热笼提升9～12cm；
G4阶段：长晶时间为0.5～1.5h、温度设定值为1426～1432℃、隔热笼提升11～14cm；
G5阶段：长晶时间为03～5h、温度设定值为1422～1430℃、隔热笼提升14～17cm；
G6阶段：长晶时间为4～6h、温度设定值为1412～1420℃、隔热笼提升17～20cm；
G7阶段：长晶时间为4～6h、温度设定值为1404～1410℃、隔热笼提升19～21cm；
G8阶段：长晶时间为9～13h、温度设定值为1400～1408℃、隔热笼提升19～21cm；
G9阶段：长晶时间为3～5h、温度设定值为1396～1405℃、隔热笼提升19～21cm。
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