CN104499046B - 一种多晶硅锭制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多晶硅生产方法。利用多晶硅铸锭炉六面加热的独特优势,精确控制加热和融化过程热场温度,优化温度梯度,获得硅晶体定向生长的最佳固液界面和长晶速率,从而获得具有特定取向的晶体硅锭。得到的晶体尺寸均匀、大小一致,且能有效改善硅晶体内部缺陷分布,显著提高硅片的少子寿命值,从而提高最终太阳电池的转换效率0.3%‑0.5%。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅生产方法。
背景技术
定向凝固方法制备的多晶硅因其在规模化生产和成本上的优势,占据超过50%的光伏市场份额。但因存在较多晶界等缺陷,使得如何研发新工艺提高铸锭多晶硅品质成为未来发展的方向。
从定向凝固技术的发展来看,以美国GT Advanced Technology公司为代表成为主流。最初是柱状生长的多晶硅,后来发展到类单晶,这种技术首先由BP公司发明并取得国际专利,采用这种方法的弊端首先是成本较高,需要在坩埚底部铺设单晶籽晶,另外多晶硅锭的一次利用率较低。因此,类单晶技术在风行了几年之后,逐渐销声匿迹了。
和类单晶类似的是大晶粒技术,以日本、台湾的一些实验室为主要研究机构,利用枝状晶技术,制造具有显著大尺寸晶粒的多晶硅。该项技术制作的太阳能电池转换效率要比普通电池高出至少0.5%。该技术用以控制长晶初期的晶向,因其初始形核阶段的温度梯度难以控制且效率提升效果不明显,该技术并没有发展起来。
最近几年,出现了高效多晶技术,该类多晶硅片的外观显著特征是晶粒大小特别均匀,一般的直径约为5~10mm左右。用该类多晶硅片制成的太阳能电池,其光电转化效率比用普通多晶硅片制成的太阳电池要高0.3%~0.8%。2012年报道,宜昌南玻公司成功研制出高效多晶硅片,具有晶粒粒径均匀、少子寿命高等优点,该硅片制成的太阳能电池平均转换效率达到17.1%~17.5%;赛维LDK高效多晶硅片M2,晶粒较小,位错等缺陷较少,制成的太阳能电池平均转换率比用普通多晶硅片高0.3%-0.5%;保利协鑫能源研发出高效多晶硅片鑫多晶S1+,S2,S3具有碳、氧及金属杂质浓度低、少子寿命高等特点;台湾旭晶也报道了他们生产的多晶硅片的可以使电池效率达到17.5%。另外还有新日光的A+++硅片等等。目前该工艺成为高效硅片发展的主要方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:如何提高多晶硅晶锭晶粒尺寸的均匀性。
本发明所采用的技术方案是:一种多晶硅锭制备方法,按照如下步骤进行:
步骤一、将报废硅片,在清洗洁净后,通过加工和筛网分选得到直径为4-6mm碎硅片;
步骤二、把碎硅片在坩埚装料前均匀铺在石英坩埚底部,碎硅片上面用大块边皮料、头尾料覆盖,然后把硅片生产原料加入石英坩埚,把石英坩埚投放到多晶硅铸锭炉里;
步骤三、在化料过程中,控制顶部温区温度为1550℃、侧面温区温度从上到下成梯度从1550℃到1316℃、底部温区温度1316℃,使硅料融化过程中从坩埚顶部向坩埚底部融化;
步骤四、采用长晶速率测试装置,实时测试硅料融化情况,在距离坩埚底部20mm时结束化料,进入长晶阶段;
步骤五、在长晶阶段,以碎硅片作为籽晶,通过调节上锡池、下锡池、以及锡液流速,使坩埚内部形成纵向的温度梯度、横向等温的温度环境,控制以1.3±0.1cm/h的速率稳定生长,获得柱状多晶硅锭。
作为一种优选方式,步骤二中多晶硅铸锭炉通过锡液对石英坩埚加热,石英坩埚柱面盘绕有耐火管,石英坩埚上顶面有上锡池,石英坩埚下底面有下锡池,上锡池和下锡池通过加温池连接,石英坩埚表面上有多个测温装置,锡液从上锡池通过耐火管流入下锡池,耐火管上有流量调节阀门。
本发明的有益效果是: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0.5%以上。采用本发明方法铸锭,由于采用的是报废的碎硅片无需外购其它物料,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、质量得到大幅度提高。
附图说明
图1是本发明的多晶硅铸锭炉内部加热装置示意图;
其中,1、石英坩埚,2、耐火管,3、上锡池,4、下锡池,5、加温池。
具体实施方式
如图1所示,本发明多晶硅铸锭炉内部加热装置通过锡液进行加热,可以通过上锡池、下锡池精确顶部温区温度和底部温区温度,同时在石英坩埚柱面形成从上到下的温度梯度,具体生产步骤如下:
步骤一、将报废硅片,在清洗洁净后,通过加工和筛网分选得到直径为4-6mm碎硅片;
步骤二、把碎硅片在坩埚装料前均匀铺在石英坩埚底部,碎硅片上面用大块边皮料(硅片生产过程表面材料)、头尾料覆盖,防止在化料过程中碎硅片上浮,然后把硅片生产原料加入石英坩埚,把石英坩埚投放到多晶硅铸锭炉里;
步骤三、在化料过程中,控制顶部温区温度为1550℃、侧面温区温度从上到下成梯度从1550℃到1316℃、底部温区温度1316℃,使硅料融化过程中从坩埚顶部向坩埚底部融化;
步骤四、采用长晶速率测试装置,实时测试硅料融化情况,在距离坩埚底部20mm时结束化料,进入长晶阶段;
步骤五、在长晶阶段,以碎硅片作为籽晶,通过调节上锡池、下锡池、以及锡液流速,使坩埚内部形成纵向的温度梯度、横向等温的温度环境,控制以1.3±0.1cm/h的速率稳定生长,获得柱状多晶硅锭。
如图1所示,本发明所使用的多晶硅铸锭炉通过锡液对石英坩埚加热,石英坩埚柱面盘绕有耐火管,石英坩埚上顶面有上锡池,石英坩埚下底面有下锡池,上锡池和下锡池通过加温池连接,石英坩埚表面上有多个测温装置,锡液从上锡池通过耐火管流入下锡池,耐火管上有流量调节阀门。本发明多晶硅铸锭炉可以实现梯度升温和降温,有利于晶体的规则成长。
Claims (1)
1.一种多晶硅锭制备方法,其特征在于按照如下步骤进行:
步骤一、将报废硅片,在清洗洁净后,通过加工和筛网分选得到直径为4-6mm碎硅片;
步骤二、把碎硅片在坩埚装料前均匀铺在石英坩埚底部,碎硅片上面用大块边皮料、头尾料覆盖,然后把硅片生产原料加入石英坩埚,把石英坩埚投放到多晶硅铸锭炉里;
步骤三、在化料过程中,控制顶部温区温度为1550℃、侧面温区温度从上到下成梯度从1550℃到1316℃、底部温区温度1316℃,使硅料融化过程中从坩埚顶部向坩埚底部融化;
步骤四、采用长晶速率测试装置,实时测试硅料融化情况,在距离坩埚底部20mm时结束化料,进入长晶阶段;
步骤五、在长晶阶段,以碎硅片作为籽晶,通过调节上锡池、下锡池、以及锡液流速,使坩埚内部形成纵向的温度梯度、横向等温的温度环境,控制以1.3±0.1cm/h的速率稳定生长,获得柱状多晶硅锭;
步骤二中多晶硅铸锭炉通过锡液对石英坩埚加热,石英坩埚柱面盘绕有耐火管,石英坩埚上顶面有上锡池,石英坩埚下底面有下锡池,上锡池和下锡池通过加温池连接,石英坩埚表面上有多个测温装置,锡液从上锡池通过耐火管流入下锡池,耐火管上有流量调节阀门。
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