CN106048720A - 新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；调节加热器温度为1400‑1460℃，调节隔热底板的开度在4‑8cm，制得多晶硅；对多晶硅采用双向切割工艺、砂浆回流处理、过滤分离后制得回流多晶硅，将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，经雾化、喷涂到坩埚的内壁上，干燥后即为新型高效太阳能级多晶硅片。本发明降低产品孪晶的界面能，提供转化效率的稳定性，使整锭硅片的平均电池效率达到17.7％以上，减少环境污染，又可降低生产成本，提高硅锭的成晶率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法。
背景技术
多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
目前，铸造多晶硅太阳能电池已经成为最主要的光伏材料。但是铸造多晶硅中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，使电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池。
发明内容
本发明的目的在于提供降低生产成本、提高硅锭的成晶率的新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，包括以下步骤：
1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；加热使硅原料完全熔化；长晶初期，调节加热器温度为1400-1460℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在4-8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅；
2)切片机的导轮槽锯为0.28-0.30mm，多晶硅目标厚度120-160μm，切割线采用固定磨料切割线；将多晶硅装入切片机，固定好多晶硅位置，预机循环；热机结束后，进行多晶硅切割，其中台速为0.3-0.9mm/min，线速度为0-15m/s，采用双向切割工艺；切片过程中使用切削液，整个切割过程中，切削液一直循环流动；切割结束后，停机、下多晶硅，向切割后的多晶硅中加入砂浆，利用砂浆回流进行处理，过滤分离后制得回流多晶硅，并回收砂浆；
3)将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，混合溶液经过雾化后，喷涂到坩埚的内壁上，喷涂完毕后，坩埚内壁上形成一层混合溶液薄膜，水分蒸发完毕后，由混合溶液形成的薄膜层干燥完毕，坩埚表面形成结构致密的多晶硅层，即为新型高效太阳能级多晶硅片。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，长晶初期，调节加热器温度为1430℃。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，调节隔热底板的开度在6cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用孪晶生长控制技术，通过对普通铸锭炉热场结构的简单改造，调节加热器温度为1400-1460℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在4-8cm，降低产品孪晶的界面能，提供转化效率的稳定性，使整锭硅片的平均电池效率达到17.7％以上。
2、在切割工序中，通过采用双向切割，应用砂浆回流技术，将砂浆分离回收利用，生产过程中提高回收砂、回收液的使用比例，将废弃物品回收利用，既可减少环境污染，又可降低生产成本。
3、通过坩埚喷涂技术，能够在保证得到高转化效率多晶硅锭的基础上，降低生产过程中的能耗，进而降低生产成本，并且提高硅锭的成晶率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做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。
实施例1
本发明实施例中，新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，包括以下步骤：
1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；加热使硅原料完全熔化；长晶初期，调节加热器温度为1400℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在4cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。
2)切片机的导轮槽锯为0.28mm，多晶硅目标厚度120μm，切割线采用固定磨料切割线；将多晶硅装入切片机，固定好多晶硅位置，预机循环；热机结束后，进行多晶硅切割，其中台速为0.3mm/min，线速度为5m/s，采用双向切割工艺；切片过程中使用切削液，整个切割过程中，切削液一直循环流动；切割结束后，停机、下多晶硅，向切割后的多晶硅中加入砂浆，利用砂浆回流进行处理，过滤分离后制得回流多晶硅，并回收砂浆。
3)将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，混合溶液经过雾化后，喷涂到坩埚的内壁上，喷涂完毕后，坩埚内壁上形成一层混合溶液薄膜，水分蒸发完毕后，由混合溶液形成的薄膜层干燥完毕，坩埚表面形成结构致密的多晶硅层，即为新型高效太阳能级多晶硅片。
实施例2
本发明实施例中，新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，包括以下步骤：
1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；加热使硅原料完全熔化；长晶初期，调节加热器温度为1460℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。
2)切片机的导轮槽锯为0.30mm，多晶硅目标厚度160μm，切割线采用固定磨料切割线；将多晶硅装入切片机，固定好多晶硅位置，预机循环；热机结束后，进行多晶硅切割，其中台速为0.9mm/min，线速度为15m/s，采用双向切割工艺；切片过程中使用切削液，整个切割过程中，切削液一直循环流动；切割结束后，停机、下多晶硅，向切割后的多晶硅中加入砂浆，利用砂浆回流进行处理，过滤分离后制得回流多晶硅，并回收砂浆。
3)将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，混合溶液经过雾化后，喷涂到坩埚的内壁上，喷涂完毕后，坩埚内壁上形成一层混合溶液薄膜，水分蒸发完毕后，由混合溶液形成的薄膜层干燥完毕，坩埚表面形成结构致密的多晶硅层，即为新型高效太阳能级多晶硅片。
实施例3
本发明实施例中，新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，包括以下步骤：
1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；加热使硅原料完全熔化；长晶初期，调节加热器温度为1430℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在6cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。
2)切片机的导轮槽锯为0.29mm，多晶硅目标厚度140μm，切割线采用固定磨料切割线；将多晶硅装入切片机，固定好多晶硅位置，预机循环；热机结束后，进行多晶硅切割，其中台速为0.6mm/min，线速度为10m/s，采用双向切割工艺；切片过程中使用切削液，整个切割过程中，切削液一直循环流动；切割结束后，停机、下多晶硅，向切割后的多晶硅中加入砂浆，利用砂浆回流进行处理，过滤分离后制得回流多晶硅，并回收砂浆。
3)将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，混合溶液经过雾化后，喷涂到坩埚的内壁上，喷涂完毕后，坩埚内壁上形成一层混合溶液薄膜，水分蒸发完毕后，由混合溶液形成的薄膜层干燥完毕，坩埚表面形成结构致密的多晶硅层，即为新型高效太阳能级多晶硅片。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在铸锭炉两侧加热器下方设置隔热条；将硅原料装入石英坩埚内，把石英坩埚送进铸锭炉；加热使硅原料完全熔化；长晶初期，调节加热器温度为1400-1460℃，并将隔热底板迅速打开，调节隔热底板的开度在4-8cm，沿坩埚底部纵向生长一层树枝状的晶体；长晶中后期，控制固液相的温度梯度，以底部树枝状的晶体为籽晶，保持平直的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅；
2)切片机的导轮槽锯为0.28-0.30mm，多晶硅目标厚度120-160μm，切割线采用固定磨料切割线；将多晶硅装入切片机，固定好多晶硅位置，预机循环；热机结束后，进行多晶硅切割，其中台速为0.3-0.9mm/min，线速度为0-15m/s，采用双向切割工艺；切片过程中使用切削液，整个切割过程中，切削液一直循环流动；切割结束后，停机、下多晶硅，向切割后的多晶硅中加入砂浆，利用砂浆回流进行处理，过滤分离后制得回流多晶硅，并回收砂浆；
3)将回流多晶硅与去离子水混合后形成混合溶液，混合溶液经过雾化后，喷涂到坩埚的内壁上，喷涂完毕后，坩埚内壁上形成一层混合溶液薄膜，水分蒸发完毕后，由混合溶液形成的薄膜层干燥完毕，坩埚表面形成结构致密的多晶硅层，即为新型高效太阳能级多晶硅片。
2.根据权利要求1所述的新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，其特征在于，步骤1)中，长晶初期，调节加热器温度为1430℃。
3.根据权利要求1所述的新型高效太阳能级多晶硅片的制备方法，其特征在于，步骤1)中，调节隔热底板的开度在6cm。
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