CN107541774A - 一种多晶硅铸锭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多晶硅铸锭的制备方法，所述方法包括如下步骤：对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料；对多个所述板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到多个籽晶并对所述多个籽晶进行酸洗处理；将酸洗后的所述多个籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面，向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。本发明提出的多晶硅铸锭的制备方法，通过对一多晶硅铸锭进行切割得到多个厚度均匀的籽晶，由于该籽晶结构更为致密细小，在长晶过程中该籽晶起引晶作用，生产得到的多晶硅铸锭晶粒较为细小、大小均匀且方向一致，可抑制铸锭中位错的增殖，减少位错密度，可大大提高制得的太阳能电池的效率。

Description

一种多晶硅铸锭的制备方法

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种多晶硅铸锭的制备方法。

背景技术

目前多晶硅铸锭的生产一般采用定向凝固技术，其主要包括两种方法：有籽晶的半熔法以及无籽晶的全熔法。

具体的，采用全熔法生产的多晶硅铸锭的尾部红区较低，转换效率较半熔法略低，而半熔法生产的多晶硅铸锭红区较高，但制成的太阳能电池的转换效率也较高。在如今多晶硅铸锭生产成本下降较快的情况下，进一步提高太阳能电池转换效率成为各大生产企业关注的焦点。目前，采用半熔法来生产多晶硅铸锭已经成为了主流。现有的半熔法在生产中普遍采用颗粒原生硅(破碎原生硅)铺放在坩埚底部作为籽晶层以起到引晶作用，进而控制熔化过程保证籽晶不被熔化。在随后的长晶过程中籽晶层诱导形核最终得到多晶硅铸锭。

然而，现有的通过半熔法制备得到的多晶硅铸锭的光转换效率较低，利用该多晶硅铸锭所制得的太阳能电池的效率也较低，不利于实际应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提出一种能够提高太阳能转换效率的多晶硅铸锭的制备方法，以提高光利用率，满足实际应用需求。

本发明提出一种多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料；

对多个所述板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到多个籽晶并对所述多个籽晶进行酸洗处理；

将酸洗后的所述多个籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面，向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。

本发明提出的多晶硅铸锭的制备方法，通过对一多晶硅致密棒进行切割得到多个厚度均匀的籽晶，由于该籽晶结构更为致密细小，在长晶过程中该籽晶起引晶作用，因此生产得到的多晶硅铸锭晶粒较为细小、大小均匀且方向一致，可抑制铸锭中位错的增殖，减少位错密度，大大提高了制得的太阳能电池的效率。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料的步骤包括：

对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割以得到多个厚度相同的径向板状晶料或沿轴向进行均匀切割以得到多个厚度相同的轴向板状晶料。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述径向板状晶料为圆饼状，当对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割得到多个厚度相同的径向板状晶料之后，对多个所述径向板状晶料的侧边圆弧部分别进行切除以得到多个籽晶的步骤包括：

对所述径向板状晶料的内接正方形以外的所述侧边圆弧部进行切除以得到正方形的所述籽晶。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，当对所述多晶硅致密棒沿轴向进行均匀切割得到多个厚度相同的轴向板状晶料之后，对多个所述轴向板状晶料的侧边圆弧部分别进行切除以得到多个籽晶的步骤包括：

对所述轴向板状晶料的所述侧边圆弧部进行切除以得到长方体的所述籽晶。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述径向板状晶料以或所述轴向板状晶料的厚度为30mm。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，相邻的两所述籽晶之间的拼接缝距离小于2mm。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述籽晶与所述坩埚侧壁的距离至少为30mm。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述对所述多个籽晶进行酸洗处理的步骤包括：

将所述籽晶放入酸洗篮中之后，将所述酸洗篮放入混合酸液中浸泡第一预设时间后晃动清洗第二预设时间；

将酸洗后的所述籽晶利用高纯水冲洗第三预设时间后完成酸洗过程。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述混合酸液包括硝酸以及氢氟酸，所述硝酸的体积比为10％～15％，所述氢氟酸的体积比为85％～90％，所述第一预设时间为30～90s，所述第二预设时间为120～150s，所述第三预设时间为5～8min。

所述多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭的步骤包括：

当所述混合硅料的熔融温度到达1540℃之后，每隔0.5h测量熔化时的固液界面高度；

当所述固液界面高度到达20mm且底部硅液的温度低于凝固点温度1414℃时进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例一中的多晶硅铸锭的制备方法的原理框图；

图2为本发明实施例二中的多晶硅铸锭的制备方法的流程图；

图3为本发明实施例二中的多晶硅铸锭的制备方法的制作示意图；

图4为本发明实施例三中的多晶硅铸锭的制备方法的流程图；

图5为本发明实施例三中的多晶硅铸锭的制备方法的制作示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，对于第一实施例中的多晶硅铸锭的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

S101，对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料。

具体的，首先选取一多晶硅致密棒，然后进行切割得到多个厚度相同的板状晶料。在切割过程中，可以对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割以得到多个厚度相同的径向板状晶料，也可以沿轴向进行均匀切割以得到多个厚度相同的轴向板状晶料。在本实施例中，切割得到的径向板状晶料以及轴向板状晶料的厚度均为30mm，其厚度偏差小于±5mm。

S102，对多个所述板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到多个籽晶并对所述多个籽晶进行酸洗处理。

可以理解的，沿径向切割得到的径向板状晶料为圆饼状，在得到了圆饼状的所述径向板状晶料之后，对该径向板状晶料的内接正方形以外的侧边圆弧部进行切除以得到正方形的籽晶。同样的，在得到了轴向板状晶料之后，对轴向板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到长方体的籽晶。

在得到了上述籽晶之后，需要对得到的籽晶进行酸洗处理。具体的，首先将切割得到的籽晶放入酸洗篮中(籽晶之间需保持一定的距离，保证籽晶各个面都可以与酸液进行接触)，然后将所述酸洗篮放入硝酸以及氢氟酸的混合酸液中浸泡30～90s后晃动清洗120～150s以将加工中产生的金属杂质和其他污染物等充分去除；再将酸洗后的籽晶利用高纯水冲洗5～8min以去除籽晶表面的残留酸液，最后将清洗后的籽晶进行烘干处理。

在此需要说明的是，对所述混合酸液而言，所述硝酸的体积比为10％～15％，所述氢氟酸的体积比为85％～90％。

S103，将酸洗后的所述多个籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面，向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。

如上所述，将所述籽晶进行酸洗处理之后，然后将籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面。具体的，在进行铺设时，相邻的两籽晶之间的拼接缝距离应保证小于2mm，籽晶与坩埚侧壁之间的距离应至少为30mm，该设置主要是为了防止在铸锭熔化过程中，因块状籽晶挤压坩埚侧部而造成坩埚破裂进而引发溢流事故。

在坩埚中铺设好籽晶之后，向该坩埚中加入混合硅料然后进行加热直至熔融状态，当所述混合硅料的熔融温度到达1540℃之后，每隔0.5h利用石英棒测量熔化时的固液界面高度；当所述固液界面高度到达20mm时，慢慢提升铸锭炉隔热笼，此时热量将从底部逐步散失(也即底部的温度逐渐下降)，进入长晶阶段，底部硅液温度逐渐降低，形成从底部到顶部的竖直温度梯度，当底部硅液的温度低于凝固点温度1414℃时，底部硅液便依附在籽晶上形核生长以最终得到所述多晶硅铸锭。由于初始形成的多晶硅铸锭的晶粒比较细小且方向一致，可以抑制晶体生长中由于竞争生长产生的位错，从而提高了多晶硅铸锭太阳光转换效率。

本发明提出的多晶硅铸锭的制备方法，通过对一多晶硅致密棒进行切割得到多个厚度均匀的籽晶，由于该籽晶结构更为致密细小，在长晶过程中该籽晶起引晶作用，因此生产得到的多晶硅铸锭晶粒较为细小、大小均匀且方向一致，可抑制铸锭中位错的增殖，减少位错密度，大大提高了制得的太阳能电池的效率。

实施例二

请参阅图2与图3，对于第二实施例中的多晶硅铸锭的制备方法，具体的，首先选取一多晶硅致密棒，然后进行切割得到多个厚度相同的板状晶料。

在本实施例中，对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割以得到多个厚度相同的径向板状晶料。切割得到的多个径向板状晶料的厚度均为30mm，其厚度偏差小于±5mm。

可以理解的，沿径向切割得到的径向板状晶料为圆饼状，在得到了圆饼状的所述径向板状晶料之后，对该径向板状晶料的内接正方形以外的侧边圆弧部进行切除以得到正方形的籽晶。

在得到了上述籽晶之后，需要对得到的籽晶进行酸洗处理。具体的，首先将切割得到的籽晶放入酸洗篮中(籽晶之间需保持一定的距离，保证籽晶各个面都可以与酸液进行接触)，然后将酸洗篮放入硝酸以及氢氟酸的混合酸液中浸泡60s后晃动清洗120s以将加工中产生的金属杂质和其他污染物等充分去除；再将酸洗后的籽晶利用高纯水冲洗5min以去除籽晶表面的残留酸液，最后将清洗后的籽晶进行烘干处理。

在此需要说明的是，对所述混合酸液而言，所述硝酸的体积比为10％，所述氢氟酸的体积比为90％。

如上所述，将所述籽晶进行酸洗处理之后，然后将籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面。具体的，在进行铺设时，相邻的两籽晶之间的拼接缝距离为1.5mm，籽晶与坩埚侧壁之间的距离为30mm，该设置主要是为了防止在铸锭熔化过程中，因块状籽晶挤压坩埚侧部而造成坩埚破裂进而引发溢流事故。

在坩埚中铺设好籽晶之后，向该坩埚中加入混合硅料然后进行加热直至熔融状态，当所述混合硅料的熔融温度到达1540℃之后，每隔0.5h利用石英棒测量熔化时的固液界面高度；当所述固液界面高度到达20mm时，慢慢提升铸锭炉隔热笼，此时热量将从底部逐步散失(也即底部的温度逐渐下降)，进入长晶阶段，底部硅液温度逐渐降低，形成从底部到顶部的竖直温度梯度，当底部硅液的温度低于凝固点温度1414℃时，底部硅液便依附在籽晶上形核生长以最终得到所述多晶硅铸锭。由于初始形成的多晶硅铸锭的晶粒比较细小且方向一致，可以抑制晶体生长中由于竞争生长产生的位错，从而提高了多晶硅铸锭太阳光转换效率。

实施例三

请参阅图4与图5，对于第三实施例中的多晶硅铸锭的制备方法，具体的，首先选取一多晶硅致密棒，然后进行切割得到多个厚度相同的板状晶料。在切割过程中，对所述多晶硅致密棒沿轴向进行均匀切割以得到多个厚度相同的轴向板状晶料。在本实施例中，切割得到的轴向板状晶料的厚度均为30mm，其厚度偏差小于±5mm。

在得到了轴向板状晶料之后，对轴向板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到长方体的籽晶。在得到了上述籽晶之后，需要对得到的籽晶进行酸洗处理。具体的，首先将切割得到的籽晶放入酸洗篮中(籽晶之间需保持一定的距离，保证籽晶各个面都可以与酸液进行接触)，然后将所述酸洗篮放入硝酸以及氢氟酸的混合酸液中浸泡90s后晃动清洗150s以将加工中产生的金属杂质和其他污染物等充分去除；再将酸洗后的籽晶利用高纯水冲洗8min以去除籽晶表面的残留酸液，最后将清洗后的籽晶进行烘干处理。

在此需要说明的是，对所述混合酸液而言，所述硝酸的体积比为15％，所述氢氟酸的体积比为85％。

如上所述，将所述籽晶进行酸洗处理之后，然后将籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面。具体的，在进行铺设时，相邻的两籽晶之间的拼接缝距离为1.8mm，籽晶与坩埚侧壁之间的距离为32mm，该设置主要是为了防止在铸锭熔化过程中，因块状籽晶挤压坩埚侧部而造成坩埚破裂进而引发溢流事故。

在坩埚中铺设好籽晶之后，向该坩埚中加入混合硅料然后进行加热直至熔融状态，当所述混合硅料的熔融温度到达1540℃之后，每隔0.5h利用石英棒测量熔化时的固液界面高度；当所述固液界面高度到达20mm时，慢慢提升铸锭炉隔热笼，此时热量将从底部逐步散失(也即底部的温度逐渐下降)，进入长晶阶段，底部硅液温度逐渐降低，形成从底部到顶部的竖直温度梯度，当底部硅液的温度低于凝固点温度1414℃时，底部硅液便依附在籽晶上形核生长以最终得到所述多晶硅铸锭。由于初始形成的多晶硅铸锭的晶粒比较细小且方向一致，可以抑制晶体生长中由于竞争生长产生的位错，从而提高了多晶硅铸锭太阳光转换效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，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，对于本领域的普通技术人员来说，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料；

对多个所述板状晶料的侧边圆弧部进行切除以得到多个籽晶并对所述多个籽晶进行酸洗处理；

将酸洗后的所述多个籽晶均匀铺设在一坩埚的内侧底面，向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。

2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述对一多晶硅致密棒进行均匀切割以得到多个厚度相同的板状晶料的步骤包括：

对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割以得到多个厚度相同的径向板状晶料或沿轴向进行均匀切割以得到多个厚度相同的轴向板状晶料。

3.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述径向板状晶料为圆饼状，当对所述多晶硅致密棒沿径向进行均匀切割得到多个厚度相同的径向板状晶料之后，对多个所述径向板状晶料的侧边圆弧部分别进行切除以得到多个籽晶的步骤包括：

对所述径向板状晶料的内接正方形以外的所述侧边圆弧部进行切除以得到正方形的所述籽晶。

4.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，当对所述多晶硅致密棒沿轴向进行均匀切割得到多个厚度相同的轴向板状晶料之后，对多个所述轴向板状晶料的侧边圆弧部分别进行切除以得到多个籽晶的步骤包括：

对所述轴向板状晶料的所述侧边圆弧部进行切除以得到长方体的所述籽晶。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述径向板状晶料以或所述轴向板状晶料的厚度为30mm。

6.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，相邻的两所述籽晶之间的拼接缝距离小于2mm。

7.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述籽晶与所述坩埚侧壁的距离至少为30mm。

8.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述对所述多个籽晶进行酸洗处理的步骤包括：

将所述籽晶放入酸洗篮中之后，将所述酸洗篮放入混合酸液中浸泡第一预设时间后晃动清洗第二预设时间；

将酸洗后的所述籽晶利用高纯水冲洗第三预设时间后完成酸洗过程。

9.根据权利要求8所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，所述混合酸液包括硝酸以及氢氟酸，所述硝酸的体积比为10％～15％，所述氢氟酸的体积比为85％～90％，所述第一预设时间为30～90s，所述第二预设时间为120～150s，所述第三预设时间为5～8min。

10.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭的制备方法，其特征在于，向所述坩埚中加入混合硅料加热至熔融状态后进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭的步骤包括：

当所述混合硅料的熔融温度到达1540℃之后，每隔0.5h测量熔化时的固液界面高度；

当所述固液界面高度到达20mm且底部硅液的温度低于凝固点温度1414℃时进行长晶作业以得到所述多晶硅铸锭。