CN104562193A - 一种多晶硅锭的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅锭的铸造方法，包括：装料，即将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的坩埚中；加热，即使用多晶炉对上步所得坩埚进行加热；融化成核，即通过加热使坩埚中的硅料融化，当硅料从坩埚底部漂起时立即进行开笼冷却，以形成晶核；和长晶，即使硅晶进行生长。使用发明提供的方法生产多晶硅锭具有生产周期短，成低，硅锭质量高等特点，所得多晶硅片具有晶粒尺寸均匀，缺陷密度小，硅片光电转化效率高等特点。

Description

一种多晶硅锭的铸造方法

技术领域

本发明涉及多晶硅太阳能电池技术领域，特别涉及一种多晶硅锭的铸造方法。

背景技术

近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场中的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料之一。但是铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷和材料中的杂质碳和氧，使多晶硅电池的转换效率低于直拉单晶硅太阳能电池，从而成为了限制多晶硅太阳能电池发展的瓶颈。因此，提高多晶硅片的电池转换效率以降低电池和组件的成本，必将成为多晶硅铸锭技术的发展方向。

目前，多晶硅锭的制备主要采用定向凝固系统法晶体生长技术，该方法通常包括加热、融化、长晶、退火和冷却等步骤。在初期长晶过程中，伴随着隔热笼的打开，坩埚底部的持续冷却，熔融状态的硅料自发形成随机形核并且随机形核逐渐生长。但由于坩埚底部各区域冷却程度不均，形核过程中，导致晶粒不均匀、晶向杂乱，容易产生位错，因此通过该方法制备得到的多晶硅锭质量较低，从而利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低。因此，为了制得位错密度低、缺陷少的高质量多晶硅锭，一种能有效获得良好初始形核，并在后续生长过程中有效保持初始成核晶粒尺寸和晶向，减少位错繁衍的多晶硅锭铸造方法变得很重要。

目前市场上各大公司均在从事高效多晶的研究，其主要方法是通过高效坩埚进行成核的控制，但高效坩埚成本高，且容易造成氧含量超标。

因此，需要找到一种既能够提高所铸造的多晶硅锭的质量，又能够降低生产成本，且防止高效坩埚造成的氧含量超标的多晶硅锭的铸造方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的多晶硅锭的铸造方法容易导致晶粒不均匀、晶向杂乱，容易产生位错，从而利用该多晶硅锭制得的太阳能电池的光电转换效率低，且市场中的高效坩埚成本高，容易造成氧含量超标的问题，提供了一种多晶硅锭的铸造方法。

为了解决上述问题，本申请发明人经过反复研究后发现，在传统铸锭工艺的长晶阶段之前的融化阶段，判断硅料漂起后，即进行开笼冷却，使坩埚底部的硅溶液急冷成核，此时硅料刚刚漂起，硅液潜热一致，坩埚底部各区域温度也基本一致，通过快速冷却，增加成核数量，可有效的形成均匀一致的晶粒。甚至在仅使用普通坩埚的情况下，所制备的多晶硅锭的质量也会有大幅度提升，从而完成了本发明。

本发明提供了一种多晶硅锭的铸造方法，包括：

步骤A)：装料，即将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的坩埚中；

步骤B)：加热，即使用多晶炉对步骤A)所得坩埚进行加热；

步骤C)：融化成核，即通过加热使坩埚中的硅料融化，当硅料从坩埚底部漂起时立即进行开笼冷却，以形成晶核；和

步骤D)：长晶，即使步骤C)中得到的晶核进行生长。

更具体地，本发明的多晶硅锭的铸造方法为，包括以下步骤：

步骤A)：将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的坩埚中；

步骤B)：对步骤A)中得到的坩埚进行加热至1500～1530℃；

步骤C)：将步骤B)中得到的坩埚升温至1550～1560℃,当硅料从坩埚底部漂起时，打开隔热笼至隔热笼最大开度的1/2～1/3，并将温度设定下调5～10℃，保持该隔热笼开度和下调后的温度设定10～30分钟，将温度设定升至1550～1560℃并降低隔热笼开度至隔热笼最大开度的1/5～1/10，继续以1550～1560℃的温度设定融化5～7小时，然后再次提升隔热笼开度至上一开度的1.6～1.8倍并将温度设定为1520～1530℃,保持该隔热笼开度和1520～1530℃的温度设定至漂浮在表面的硅料融化，进入融化结束阶段，继续保持该隔热笼开度和1520～1530℃的温度设定至晶体高度为1～2cm；

步骤D)：进行长晶，长晶结束后，退火、冷却，即得到所述多晶硅锭。

本发明可采用本领域常规的多晶铸锭炉来完成，其主要结构包括炉体部分：主要是炉腔，加热器、隔热笼、导热块、隔热板和保温材料等；软件控制部分：主要是用来运行工艺配方；气体供应部分：主要是用来供应氩气，和排放炉腔内废气的；电源控制部分：用来提供电流和电压的。如GTSOLAR生产的GT-450多晶炉。

本发明的铸造方法中的步骤A)和步骤B)分别为装料及加热阶段。通常，使用本领域公知的装料方法就能实现本发明的目的。即，在坩埚内部依次装填护边料、大块料和小块料的装料方法。

在本发明的一个优选实施方式中，步骤A)所述装料包括以下步骤：

步骤A1)：筛选长度为3～12mm的碎硅料，经过酸洗后漂洗至无酸残留，干燥，得到铺底料a；分选厚度在3～5cm，尺寸在156mm×156mm(长×宽)的硅料，得到铺底料b；

步骤A2)：在坩埚底部均匀撒一层上述铺底料a，直至不能目视到坩埚底部涂层为止，然后将上述铺底料b铺在铺底料a之上，铺底料b的硅料之间不留缝隙；

步骤A3)：将边皮回收料铺在坩埚四周，然后将晶砖回收料、头尾回收料或棒料堆放在边皮回收料内侧，将块料或碎料装填在所述晶砖回收料、头尾回收料或棒料形成的空间内，依次往上，直至将坩埚装满。

在本发明的一个优选实施方式中，步骤B)所述加热可通过如下方式进行：先将多晶炉的功率设定值设定为最大功率的65％～70％，待温度升高至1500～1530℃时，将多晶炉的加热方式由功率控制转换为温度控制，这样能有效的提高化料效率，缩短工艺时间。

本发明的铸造方法中的步骤C)为融化成核阶段。

本发明步骤C)的融化成核阶段是通过隔热笼开度控制过冷度和较平的晶体生长界面，从而有利于保持初始成核时晶粒的尺寸和晶向，减少位错繁衍的晶体生长工艺。

当程序进入融化阶段后，判断硅料是否已漂起，确定硅料漂起后，迅速打开隔热笼到一个较大的开度，使坩埚底部的硅溶液急冷成核，此时硅料刚刚漂起，硅液潜热一致，坩埚底部各区域温度也基本一致，此时通过快速冷却，增加成核数量，可有效的形成均匀一致的晶粒。

在本发明的一个优选实施方式中，步骤C)所述硅料漂起是根据坩埚底部温度TC2进行判断，当TC2为1415-1425℃时，视为硅料漂起。

在本发明中，当硅料漂起时，打开隔热笼至隔热笼最大开度的1/2～1/3，并将温度设定下调5～10℃，保持该隔热笼开度和下调后的温度设定10～30分钟，将温度设定升至1550～1560℃并降低隔热笼开度至隔热笼最大开度的1/5～1/10，继续以1550～1560℃的温度设定融化5～7小时。降低隔热笼开度的目的是为了提高硅料的融化效率。

本发明所述漂浮在表面的硅料融化可以通过多晶炉顶部的观察孔进行观测。

作为优选，进入融化结束阶段后继续保持隔热笼开度和温度的时间的测定方法为：当漂浮在表面的硅料融化完全后，用玻璃棒探测此时晶体生长的高度，并计算此时的温度设定和隔热笼开度下底部晶体的融化速度，经过2～3炉次测量后，根据每台炉台的数值，通过设定融化结束步骤的时间来完成自动作业，不再需要人工干预。

作为优选，本发明步骤C)的操作方法包括：

(1)进入融化阶段后，M1：坩埚上部温度TC1升至1550～1560℃，当TC2升至1415～1425℃时，跳步至M2；

(2)M2：用5～15分钟打开隔热笼开度到14～18cm，并将TC1设定温度较前一步骤下调5～10℃；

(3)M3：设定保持M2隔热笼开度10～30分钟，温度设定值与M2相同；

(4)M4：用10～20分钟将隔热笼开度降至4.5～6cm，温度设定与M1相同；

(5)M5：设定隔热笼保持与M4相同开度5～7小时，温度保持与M4相同；

(6)M6：用10～15分钟将隔热笼开度升至8～10cm，温度设定为1520～1530℃；

(7)M7：设定为融化结束步骤，隔热笼开度与温度设定与M6相同，时间设定为3～5小时，随后进入长晶阶段。

进一步地，在本发明的另一个实施方式中，上述操作方法在步骤(7)之后还包括：

(8)M8：用10～15分钟将隔热笼升至12～15cm，温度设定为1460～1500℃；

(9)M9：设定维持M8隔热笼开度和温度30分钟，随后进入长晶阶段。

本发明的铸造方法中的步骤D)为长晶及结束阶段。

通常，使用本领域公知的铸造工艺中长晶阶段的参数设置就能实现本发明的目的。

在本发明的一个优选实施方式中，程序进入长晶阶段后，通过大的隔热笼开度和高的温度设定，实现大过冷度的目的，有利用于晶粒保持。步骤D)所述长晶过程的隔热笼开度为隔热笼最大开度的1/3～2/3，温度设定为1410～1460℃。

作为优选，步骤D)所述长晶阶段为首先设定30分钟～60分钟，温度设定为1450～1460℃，隔热笼开度设定为15～16cm；随后设定时间26～28小时，并匀速将隔热笼开度升至19～20cm，温度降至1415～1425℃；然后设定为边缘长晶结束步骤，时间设定3～4小时，温度设定为1410～1415℃，隔热笼开度设定为9～12cm。

本发明的多晶硅锭的铸造方法中使用的坩埚可以为市售普通坩埚，如G5-480型多晶坩埚(880*880*480)，江苏润弛太阳能材料科技有限公司；G6-540型多晶坩埚(1040*1040*540)，江苏润弛太阳能材料科技有限公司。本领域技术人员可根据公知常识对坩埚内部进行喷涂，如喷涂氮化硅涂层等，同样视为包含在本发明的保护范围之内。

进一步地，本发明人在研究中还使用了一种喷涂有球形SiO₂颗粒和氮化硅的坩埚。该坩埚包括坩埚本体、设置于所述坩埚本体的底部内表面的球形SiO₂颗粒，所述球形SiO₂颗粒形成颗粒层；设置在所述颗粒层之上的疏松的第一氮化硅涂层和设置在所述坩埚本体的侧壁内表面的坚硬致密的第二氮化硅涂层。

所述球形SiO₂颗粒为采用本领域常规方法合成的球形SiO₂颗粒。该球形SiO₂颗粒具有形貌均匀，纯度高，粒径均一性强，化学稳定性高等特点。

所述球形SiO₂颗粒的粒径为20目～70目，优选所述球形SiO₂颗粒的粒径为50目～60目。

所述颗粒层的厚度为1～5mm，优选所述厚度为2.5mm。

所述第一氮化硅涂层的厚度为2mm～3mm，所述第二氮化硅涂层的厚度为1mm～2mm。

所述第一氮化硅涂层和第二氮化硅涂层均由β相超过50％以上，D50值为2±0.3μm，且粒径分布为双峰分布的氮化硅粉组成。

与现有技术相比，使用上述喷涂有球形SiO₂颗粒和氮化硅的坩埚，不需要冷冲击，就能生产出底部红区短，晶粒尺寸小而均匀的高质量多晶硅锭。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种具有均匀晶粒分布的多晶硅锭的铸造工艺、包括装料，加热、融化和晶体生长，晶体生长包括一种控制晶体初始形核的大小和均匀性，减少初始成核时的晶体缺陷的多晶硅铸锭成核工艺和一种通过隔热笼开度控制过冷度和较平的晶体生长界面，有利于保持初始成核时晶粒的尺寸和晶向，减少位错繁衍的晶体生长工艺。使用本发明提供的方法生产多晶硅锭具有生产周期短，成本低，硅锭质量高等特点，所得多晶硅片具有晶粒尺寸均匀，缺陷密度小，硅片光电转化效率高等特点。

附图说明

图1为采用普通坩埚通过本发明实施例1中的铸造工艺生产出的多晶硅锭的晶粒形貌图；

图2为采用本发明实施例7的方法处理的坩埚通过实施例1的铸造工艺生产出的多晶硅锭的晶粒形貌图；

图3为通过对比例1中的铸造工艺生产出的多晶硅锭的晶粒形貌图；

图4为根据本发明实施例3、4所述的装料方法对坩埚进行装料后的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种多晶硅锭的铸造方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明之内。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例中，所使用的坩埚为市售G5-480型多晶坩埚(880*880*480)，江苏润弛太阳能材料科技有限公司；G6-540型多晶坩埚(1040*1040*540)，江苏润弛太阳能材料科技有限公司。所使用的多晶炉为GTSOLAR生产的GT-450型多晶炉(其隔热笼最大开度为38cm)。

实施例1：多晶硅锭的制备

首先，将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的普通坩埚内。即，将块状头尾回收料从一个角落开始铺在坩埚底部，块状回收料之间不要留缝隙。随后用边皮回收料铺在坩埚四周，保护涂层。然后将剩余硅料中的晶砖回收料，未铺完的头尾回收料，或者大棒料依次堆放在坩埚四周，将小块状的回收料装填在坩埚中部。依次往上，直至装料结束。

将装有硅料的坩埚加热至1530℃；

然后，程序进入融化阶段，升温至1550℃，当硅料从坩埚底部漂起时，打开隔热笼至隔热笼最大开度的1/2并将温度设定下调5℃，保持该隔热笼开度和下调后的温度15分钟，升温至1550℃，降低隔热笼开度至隔热笼最大开度的1/10，继续以1550℃融化5小时，再次提升隔热笼开度至隔热笼最大开度的1.6倍并将温度设定为1530℃，保持该隔热笼开度和1530℃的温度设定至漂浮在表面的硅料融化，进入融化结束阶段，继续保持该隔热笼开度和1530℃的温度设定至晶粒高度为2cm；

最后，进行长晶,长晶过程的隔热笼开度为隔热笼最大开度的1/3，温度设定为1410℃。在长晶结束后，进行退火、冷却，即得到所述多晶硅锭。

对上述制备的多晶硅锭利用晶锭翻转设备翻转后喷砂，观察硅锭底部的晶粒形貌，结果如图1所示；将该多晶硅锭开方后，对其铸锭运行工艺文件进行分析，并利用WT-2000少子寿命测试仪，红外探伤仪，RT-100电阻率测试仪对开方后晶砖进行表征。结果表明：按该方案生产多晶硅锭底部晶粒轴称性好，晶粒尺寸分布均匀，单个晶粒的尺寸为1cm；按该方案生产多晶硅锭单锭生产周期可缩短3～5小时，且所生产的多晶硅锭少子寿命值大于5.5微秒，阴影率低于5％，电阻率分布正常。

实施例2：多晶硅锭的制备

首先，将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的普通坩埚内，装料方法与实施例1中相同，将装有硅料的坩埚加热至1500℃；

然后，程序进入融化阶段，升温至1560℃，当硅料从坩埚底部漂起时，打开隔热笼至隔热笼最大开度的1/3并将温度设定下调10℃，保持该隔热笼开度和下调后的温度30分钟，升温至1560℃，降低隔热笼开度至隔热笼最大开度的1/5，继续以1560℃融化6小时，再次提升隔热笼开度至上一开度的1.8倍并将温度设定为1520℃,保持该隔热笼开度和1520℃的温度设定至漂浮在表面的硅料融化，进入融化结束阶段，继续保持该隔热笼开度和1520℃的温度设定至晶粒高度为1cm；

最后，进行长晶，长晶过程的隔热笼开度为隔热笼最大开度的2/3，温度设定为1460℃。在长晶结束后，进行退火、冷却，即得到所述多晶硅锭。

对上述制备的多晶硅锭利用晶锭翻转设备翻转后喷砂，观察硅锭底部的晶粒形貌；将该多晶硅锭开方后，对其铸锭运行工艺文件进行分析，并利用WT-2000少子寿命测试仪，红外探伤仪，RT-100电阻率测试仪对开方后晶砖进行结构分析表征。结果表明：按该方案生产多晶硅锭底部晶粒轴称性好，晶粒尺寸分布均匀，单个晶粒的尺寸为1cm；按该方案生产多晶硅锭单锭生产周期可缩短3～5小时，且所生产的寿命值大于5.5微秒，阴影率低于5％，电阻率分布正常。

对比例1：

首先，将隔热笼闭合，对装填有硅料的坩埚进行加热至1530℃，装料方法与实施例1中相同；程序进入融化阶段后温度保持在1550℃，隔热笼保持闭合状态。当高温计明显下降，通过观察无漂浮硅料，且设定功率与实际功率曲线明显下降，坩埚底部温度TC2曲线明显上升时判锭硅料融化结束，执行融化结束跳步操作。温度设定由1550℃降温至1430℃，并保持60分钟。然后进入长晶阶段。长晶第一步隔热笼打开至8～10cm，随后逐渐打开至16～18cm。经历28小时后，完成整个长晶过程。

最后，在长晶阶段结束后，进行退火、冷却，即得到所述多晶硅锭。

利用与实施例1相同的方法进行检测，结果如图3所示。从图3可以看出，与本发明实施例1或2相比晶粒尺寸明显大于本发明实例1和2，单个晶粒尺寸可达3-5cm，且分布十分不均匀。

将该多晶硅锭开方后，对其铸锭运行工艺文件进行分析，并利用WT-2000少子寿命测试仪，红外探伤仪，RT-100电阻率测试仪对开方后晶砖进行结构分析表征。结果表明：按该方案生产多晶硅锭单锭生产周期为65小时，且所生产的多晶硅锭少子寿命值为5微秒，阴影率为7％，电阻率分布均匀。

实施例3：多晶硅锭的制备

如图4所示，按如下方式进行装料：

首先，筛选长度在3～12mm的多晶碎片料，经过酸洗后漂洗至无酸残留，进行干燥，得到铺底料a；分选厚度在3～5cm，尺寸在156mm×156mm(长×宽)的硅料，得到铺底料b；

然后，在普通坩埚底部均匀撒一层上述铺底料a，直至不能目视到高效坩埚底部涂层为止，然后将上述铺底料b铺在铺底料a之上，铺底料b的硅料之间不留缝隙；

最后，将边皮回收料铺在坩埚四周，然后将晶砖回收料堆放在边皮回收料内侧，将块料装填在所述晶砖回收料形成的空间内，依次往上，直至坩埚装满。

加热阶段分为通过多个步骤，先将多晶炉的功率设定值设定为最大功率的70％，待温度升高至1530℃时，将多晶炉的加热方式由功率控制转换为温度控制，多晶炉程序进入融化阶段。

按如下方式进行融化成核：

进入融化阶段后，M1：TC1温度升至1560℃，过程中观察置于坩埚底部的TC2的温度变化，当TC2升至1425℃时，跳步至M2；

M2：用5分钟打开隔热笼开度到18cm，并将TC1设定温度较前一步骤下调5℃；

M3：设定10分钟保持M2隔热笼开度，温度设定值与M2相同；

M4：设定20分钟隔热笼开度降至6cm，温度设定与M1相同；

M5：设定7小时，隔热笼保持与M4相同开度，温度保持与M4相同；

M6：设定15分钟隔热笼开度升至10cm，温度设定为1530℃；

M7：设定为融化结束步骤，隔热笼开度与温度设定与M6相同，时间设定为5小时。随后进入长晶阶段。

长晶阶段首先设定60分钟，温度设定为1450℃，隔热笼开度设定为16cm。随后设定时间26小时，基本保持匀速使隔热笼开度升至20cm，温度降至1425℃。然后设定为边缘长晶结束步骤，时间设定4小时，温度设定为1415℃，隔热笼开度设定为12cm。

随后进入退火，冷却，完成整个铸锭程序，即得到所述多晶硅锭。

对上述制备的多晶硅锭利用晶锭翻转设备翻转后喷砂，观察硅锭底部的晶粒形貌；将该多晶硅锭开方后，对其铸锭运行工艺文件进行分析，并利用WT-2000少子寿命测试仪，红外探伤仪，RT-100电阻率测试仪对开方后晶砖进行结构分析表征。结果表明：按该方案生产多晶硅锭底部晶粒轴称性好，晶粒尺寸分布均匀，单个晶粒的尺寸为1cm；按该方案生产多晶硅锭单锭生产周期可缩短5小时以上，且所生产的多晶硅锭少子寿命值大于5.5微秒，阴影率低于5％，电阻率分布正常。

实施例4：多晶硅锭的制备

如图4所示，按如下方式进行装料：

首先，筛选长度在5～10mm的单晶碎片料，经过酸洗后漂洗至无酸残留，进行干燥，得到铺底料a；分选厚度在3～5cm，尺寸在156mm×156mm的硅料，得到铺底料b；

然后，在坩埚底部均匀撒一层上述铺底料a，直至不能目视到高效坩埚底部涂层为止，然后将上述铺底料b铺在铺底料a之上，铺底料b的硅料之间不留缝隙；

最后，将边皮回收料铺在坩埚四周，然后将头尾回收料堆放在边皮回收料内侧，将碎片料装填在所述头尾回收料形成的空间内，依次往上，直至坩埚装满。

加热阶段分为通过多个步骤，先将多晶炉的功率设定值设定为最大功率的65％，待温度升高至1500℃时，将多晶炉的加热方式由功率控制转换为温度控制，多晶炉程序进入融化阶段。

按如下方式进行融化成核：

进入融化阶段后，M1：TC1温度升至1550℃，过程中观察置于坩埚底部的TC2的温度变化，当TC2升至1415℃期间，跳步至M2；

M2：用15分钟打开隔热笼开度到14，并将TC1设定温度较前一步骤下调10℃；

M3：设定10分钟保持M2隔热笼开度，温度设定值与M2相同；

M4：设定10隔热笼开度降至4.5cm，温度设定与M1相同；

M5：设定5小时，隔热笼保持与M4相同开度，温度保持与M4相同；

M6：设定10分钟隔热笼开度升至8cm，温度设定为1520℃；

M7：设定为融化结束步骤，隔热笼开度与温度设定与M6相同，时间设定为3小时；

M8：设定15分钟，隔热笼升至15cm，温度设定为1500℃；

M9：设定30分钟维持M8隔热笼开度和温度。随后进入长晶阶段。

长晶阶段首先设定30分钟，温度设定为1460℃，隔热笼开度设定为15cm。随后设定时间26小时，基本保持匀速隔热笼开度升至19cm，温度降至1415℃。然后设定为边缘长晶结束步骤，时间设定3小时，温度设定为1410℃，隔热笼开度设定为9cm。

随后进入退火，冷却，完成整个铸锭程序，即得到所述多晶硅锭。

对上述制备的多晶硅锭的铸锭运行工艺文件进行分析，并利用WT-2000少子寿命测试仪，红外探伤仪，RT-100电阻率测试仪对硅锭进行结构分析表征。利用对上述制备的多晶硅锭进行结构分析。结果表明：按该方案生产多晶硅锭，生产周期可缩短5小时以上，所生产的多晶硅锭少子寿命值大于6.5微秒，底部红区较短，阴影率低于4％，电阻率分布正常。

实施例5：多晶硅片的制备及性能检测

将实施例1中制备的多晶硅锭开方，去头尾、精磨后利用梅耶博格271切片机切片，硅片厚度为195±2μm。利用硅片缺陷检测设备BTI对硅片的位错进行检测，结果显示该方案制备的硅锭所得多晶硅片的平均位错比例为2.31％。

实施例6：多晶硅片的制备及性能检测

将实施例2中制备的多晶硅锭开方，去头尾、精磨后利用梅耶博格271切片机切片，硅片厚度为195±2μm。利用硅片缺陷检测设备BTI对硅片的位错进行检测，结果显示该方案制备的硅锭所得多晶硅片的平均位错比例为2.35％。

对比例2：

将对比例1中制备的多晶硅锭开方，去头尾、精磨后利用梅耶博格271切片机切片，硅片厚度为195±2μm。利用硅片缺陷检测设备BTI对硅片的位错进行检测，结果显示该方案制备的硅锭所得多晶硅片的平均位错比例为3.63％。

实施例7：喷涂有球形SiO₂颗粒和氮化硅的坩埚的制备

首先，用纯水浸湿坩埚底部，然后在坩埚底部涂刷一层硅溶胶和纯水的混合液体，然后在混合液未干之前，在上边均匀撒上粒径为50-70目的球形SiO₂颗粒，在300～500℃温度下烧结1～2小时，形成颗粒层；

然后，配制氮化硅浆液，喷涂于上一步骤得到的坩埚的底部内表面以形成疏松的第一氮化硅涂层和坩埚的侧壁内表面以形成坚硬致密的第二氮化硅涂层然后另取一定量的上述氮化硅浆液，再喷涂于该坩埚的底部内表面，进一步加厚第一氮化硅涂层。

实施例8：

利用与实施例1中相同的方法制备多晶硅锭，只不过将实施例1中使用的坩埚替换为实施例7中喷涂有球形SiO₂颗粒和氮化硅的坩埚，并利用实例1与实施例5中相同的方法对制备的多晶硅锭和多晶硅片的性能进行检测。

结果表明：按该方案生产多晶硅锭底部晶粒轴称性好，晶粒尺寸分布均匀，单个晶粒的尺寸约3-5mm；按该方案生产多晶硅锭单锭生产周期可缩短3～5小时，且所生产的多晶硅锭少子寿命值大于6.6微秒，阴影率低于4％，电阻率分布正常。利用硅片缺陷检测设备BTI对硅片的位错进行检测，结果显示该方案制备的硅锭所得多晶硅片的平均位错比例为2.06％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干更改或变化，这些更改和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多晶硅锭的铸造方法，包括：

步骤A)：装料，即将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的坩埚中；

步骤B)：加热，即使用多晶炉对步骤A)所得坩埚进行加热；

步骤C)：融化成核，即通过加热使坩埚中的硅料融化，当硅料从坩埚底部漂起时立即进行开笼冷却，以形成晶核；和

步骤D)：长晶，即使步骤C)中得到的晶核进行生长。

2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括以下步骤：

步骤A)：将硅料装填入喷涂有氮化硅涂层的坩埚中；

步骤B)：对步骤A)中得到的坩埚进行加热至1500～1530℃；

步骤C)：将步骤B)中得到的坩埚升温至1550～1560℃,当硅料从坩埚底部漂起时，打开隔热笼至隔热笼最大开度的1/2～1/3，并将温度设定下调5～10℃，保持该隔热笼开度和下调后的温度设定10～30分钟，将温度设定升至1550～1560℃并降低隔热笼开度至隔热笼最大开度的1/5～1/10，继续以1550～1560℃的温度设定融化5～7小时，然后再次提升隔热笼开度至上一开度的1.6～1.8倍并将温度设定为1520～1530℃,保持该隔热笼开度和1520～1530℃的温度设定至漂浮在表面的硅料融化，继续保持该隔热笼开度和1520～1530℃的温度设定至晶体高度为1～2cm；

步骤D)：进行长晶，长晶结束后，退火、冷却，即得到所述多晶硅锭。

3.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，步骤A)所述装料包括以下步骤：

步骤A1)：筛选长度为3～12mm的碎硅料，经过酸洗后漂洗至无酸残留，干燥，得到铺底料a；分选厚度在3～5cm，尺寸在156mm×156mm的硅料，得到铺底料b；

步骤A2)：在坩埚底部均匀撒一层上述铺底料a，直至不能目视到坩埚底部涂层为止，然后将上述铺底料b铺在铺底料a之上，铺底料b的硅料之间不留缝隙；

步骤A3)：将边皮回收料铺在坩埚四周，然后将晶砖回收料、头尾回收料或棒料堆放在边皮回收料内侧，将块料或碎料装填在所述晶砖回收料、头尾回收料或棒料形成的空间内，依次往上，直至将坩埚装满。

4.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，步骤B)所述加热可通过如下方式进行：先将多晶炉的功率设定值设定为最大功率的65％～70％，待温度升高至1500～1530℃时，将多晶炉的加热方式由功率控制转换为温度控制。

5.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，步骤C)所述硅料漂起是根据坩埚底部温度TC2进行判断，当TC2为1415～1425℃时，视为硅料漂起。

6.根据权利要求2所述的铸造方法，其特征在于，所述步骤C)的操作方法包括：

(1)进入融化阶段后，M1：坩埚上部温度TC1升至1550～1560℃，当坩埚底部温度TC2升至1415～1425℃时，跳步至M2；

(2)M2：用5～15分钟打开隔热笼开度到14～18cm，并将TC1设定温度较前一步骤下调5～10℃；

(3)M3：设定保持M2隔热笼开度10～30分钟，温度设定值与M2相同；

(4)M4：用10～20分钟将隔热笼开度降至4.5～6cm，温度设定与M1相同；

(5)M5：设定隔热笼保持与M4相同开度5～7小时，温度保持与M4相同；

(6)M6：用10～15分钟将隔热笼开度升至8～10cm，温度设定为1520～1530℃；

(7)M7：隔热笼开度与温度设定与M6相同，时间设定为3～5小时。

7.根据权利要求6所述的铸造方法，其特征在于，所述操作方法在步骤(7)之后还包括：

(8)M8：用10～15分钟将隔热笼升至12～15cm，温度设定为1460～1500℃；

(9)M9：设定维持M8隔热笼开度和温度30分钟，随后进入长晶阶段。

8.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，步骤D)所述长晶过程的隔热笼开度为隔热笼最大开度的1/3～2/3，温度设定为1410～1460℃。