CN110344113A - 一种减少多晶硅锭或铸造单晶锭氧含量和杂质点的装料方法 - Google Patents
一种减少多晶硅锭或铸造单晶锭氧含量和杂质点的装料方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种减少多晶硅锭或铸造单晶锭氧含量和杂质点的装料方法，采用边皮倾斜设置在坩埚四周内壁或硅块铺设在坩埚四周内侧的方法，通过设置一定间隙，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错。
Description
技术领域
本发明涉及光伏铸锭领域，具体涉及铸锭过程中的装料方法。
背景技术
近两年以来，尤其是金刚线切片大规模应用以后，单晶硅成本大幅下降，电池端新兴的PERC、HIT、双面等技术在单晶硅上增益更大，多晶与单晶的光电转换效率差距逐渐拉大，多晶原有的成本优势被蚕食殆尽。
在多晶面临较大困难的前提下，如何提高多晶的质量性显得至关重要。氧含量高会导致光衰高，从而影响发电量，多晶硅锭氧含量虽然比单晶氧含量低，但是客户对氧含量的标准要求越来越严格，因此降低多晶硅锭或铸造单晶锭中的氧含量是比较关键的任务。多晶硅锭或铸造单晶锭中有较多氮化硅杂质，这些杂质会诱导位错产生，位错会降低光电转换效率，同时也会导致电池片漏电。
目前装料时边皮料贴合坩埚内壁放置，常常将氮化硅涂层蹭掉，导致铸锭内部氮化硅杂质增多；融化阶段硅液沿着边皮向下流延，对氮化硅涂层进行冲刷，增加了氮化硅粉脱落的数量，同时也增加了硅液和坩埚接触的时间，使得硅液和坩埚反应产生更多氧。部分尾料平铺在坩埚下部，没有占满坩埚整个底部，并且尾料之间留有一定空隙，融化阶段硅液会沿着空隙流延到坩埚底部，增加了硅液和坩埚接触的时间，使得硅液和坩埚反应产生更多氧。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的装料方法，可以有效减少多晶硅锭或铸造单晶锭中氧含量和氮化硅杂质。
本发明具体采用如下技术方案：
一种减少多晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部均匀铺设多晶硅籽晶；
2)在多晶硅籽晶层上铺设尾料，尾料与尾料之间紧密贴合，尾料与坩埚内壁紧密贴合；紧密贴合的尾料形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
3)将边皮倾斜设置在坩埚四周内壁上，边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙；在融化阶段前期，边皮和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
4)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块；
5)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得多晶硅锭。
其中步骤3)，可以将边皮用提纯硅块替代，将提纯硅块铺设在坩埚内侧四周，硅块与硅块之间紧密贴合，硅块与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙。
一种减少铸造单晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部铺设单晶籽晶，单晶籽晶与单晶籽晶之间紧密贴合，单晶籽晶与坩埚内壁紧密贴合，紧密贴合的单晶籽晶形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
2)将边皮倾斜设置在坩埚四周内壁上，边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10-20mm的间隙；在融化阶段前期，边皮和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低单晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
3)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块；
4)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得单晶硅锭。
其中步骤2)，可以将边皮用提纯硅块替代，将提纯硅块铺设在坩埚内侧四周，硅块与硅块之间紧密贴合，硅块与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙。
本发明具有如下有益效果：
1.坩埚底部紧密贴合的尾料形成一个厚度为30mm-70mm屏障，能有效防止硅液流延到坩埚底部，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，制得氧含量较低的多晶硅锭。
2.倾斜设置在坩埚内壁上的边皮，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也减少了硅液向对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，降低了多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少了因氮化硅而诱导的位错，制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的多晶硅锭。边皮底部与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙。液态硅具有一定的表面张力，沿着边皮向下流延的硅液具有一定的厚度，边皮底部与坩埚侧壁的间隙设置在10mm-20mm的之间，可以有效避免硅液与坩埚面接触。
3.提纯硅块和坩埚侧壁留有10mm-20mm的间隙，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免了硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少了因氮化硅而诱导的位错，制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的多晶硅锭。液态硅具有一定的表面张力，沿着边皮向下流延的硅液具有一定的厚度，硅块与坩埚侧壁的间隙设置在10mm-20mm的之间，可以有效避免硅液与坩埚面接触。
4.紧密贴合的单晶籽晶形成一个厚度为15mm-35mm的屏障，能有效防止硅液流延到坩埚底部，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，制得氧含量较低的铸造单晶锭。
附图说明
图1是实施例1的装料示意图；其中1、多晶硅籽晶；2、尾料；3、边皮；4、原生多晶硅棒料；5、坩埚；6、原生多晶硅小块料；7、提纯硅块
图2是实施例2的装料示意图；其中1、多晶硅籽晶；2、尾料；3、提纯硅块；4、原生多晶硅棒料；5、坩埚；6、原生多晶硅小块料；7、边皮
图3是实施例3的装料示意图。其中1、单晶籽晶；2、边皮；3、原生多晶硅棒料；4、坩埚；5、原生多晶硅小块料；6、提纯硅块
图4是采用现有装料方法制得的多晶硅锭红外检测图。
图5是采用本发明方法制得的多晶硅锭红外检测图。
具体实施方式
实施例1
一种减少多晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)选取G6坩埚；(G5、G6、G7、G8坩埚都可以，其对应的整块尾料分别为25块、36块、49块、64块)
2)在坩埚底部铺多晶硅籽晶；
3)在多晶硅籽晶层上铺设36块方形尾料(截面158mm×158mm，厚度30mm-70mm)，尾料和坩埚内壁之间的缝隙，裁剪合适尺寸的尾料填满，保证尾料与尾料之间紧密贴合，尾料与坩埚内壁之间紧密贴合。融化阶段，硅料从顶部向下融化，融化阶段前期，部分硅液会沿着硅料之间的缝隙向下流延，紧密贴合的尾料形成一个屏障，防止硅液流延到坩埚底部，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
4)将边皮斜靠在坩埚四周内壁上(边皮尺寸:宽158mm，厚度30mm左右，高度在150mm-350mm之间)，使边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部放置在尾料上，边皮底部远离坩埚壁一侧用小块料阻挡，防止边皮滑倒，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙。融化阶段前期，部分硅液会沿着边皮向下流延，因为边皮和坩埚侧壁留有一定的间隙，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免了硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，较少了氮化硅脱落的风险，降低了多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，同时减少了硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
5)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块；
6)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的多晶硅锭。
实施例2
一种减少多晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，如图2所示，前三个步骤与实施例1相同，步骤4)中，用提纯硅块(截面尺寸158mm×158mm，高度在150mm-350mm之间)代替边皮，将提纯硅块放在坩埚内侧四周位置，硅块与硅块之间紧密贴合，提纯硅块与坩埚侧壁留有10mm-20mm间隙。融化阶段前期，部分硅液会沿着提纯硅块向下流延，因为提纯硅块和坩埚侧壁留有一定的间隙，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免了硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，较少了氮化硅脱落的风险，降低了多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，同时减少了硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
5)在硅块包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、边皮。
6)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的多晶硅锭。
实施例3
一种减少铸造单晶锭氧含量和杂质点的装料方法，如图3所示，包括以下步骤：
1)选取G5坩埚；
2)在坩埚底部铺设25块单晶籽晶(截面尺寸158mm×158mm，厚度15mm-35mm)，单晶籽晶块和坩埚内壁之间的缝隙，裁剪合适尺寸的单晶籽晶填满，保证单晶籽晶与单晶籽晶之间紧密贴合，单晶籽晶与坩埚内壁之间紧密贴合。融化阶段，硅料从顶部向下融化，融化阶段前期，部分硅液会沿着硅料之间的缝隙向下流延，紧密贴合的单晶籽晶形成一个屏障，防止硅液流延到坩埚底部，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
3)将边皮斜靠在坩埚四周内壁上，使边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部放置在单晶籽晶上，边皮底部远离坩埚壁一侧用小块料阻挡，防止边皮滑倒，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙。融化阶段前期，部分硅液会沿着边皮向下流延，因为边皮和坩埚侧壁留有一定的间隙，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免了硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，较少了氮化硅脱落的风险，降低了单晶硅锭中氮化硅杂质的数量，同时减少了硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
4)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块。
5)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的铸造单晶硅锭。
实施例4
一种减少铸造单晶锭氧含量和杂质点的装料方法，前两个步骤与实施例3相同，步骤3)中，用提纯硅块(截面尺寸158mm×158mm，高度在150mm-350mm之间)代替边皮，将提纯硅块放在坩埚内侧四周位置，硅块与硅块之间紧密贴合，提纯硅块与坩埚侧壁留有10mm-20mm间隙。融化阶段前期，部分硅液会沿着提纯硅块向下流延，因为提纯硅块和坩埚侧壁留有一定的间隙，减少了硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免了硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，较少了氮化硅脱落的风险，降低了单晶硅锭中氮化硅杂质的数量，同时减少了硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错。
4)在硅块包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、边皮。
5)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得氧含量较低、氮化硅杂质和位错较少的铸造单晶硅锭。
图4、5分别是采用现有装料方法和本发明方法制得的多晶硅锭红外检测图，通过对比可以发现，采用本发明方法可以明显减少多晶硅锭中氮化硅杂质(图4中深色杂点所示)的数量，硅锭更纯净。
Claims (6)
1.一种减少多晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部均匀铺设多晶硅籽晶；
2)在多晶硅籽晶层上铺设尾料，尾料与尾料之间紧密贴合，尾料与坩埚内壁紧密贴合；紧密贴合的尾料形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
3)将边皮倾斜设置在坩埚四周内壁上，边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙；在融化阶段前期，边皮和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
4)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块；
5)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得多晶硅锭。
2.一种减少多晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部均匀铺设多晶硅籽晶；
2)在多晶硅籽晶层上铺设尾料，尾料与尾料之间紧密贴合，尾料与坩埚内壁紧密贴合；融化阶段硅料从顶部向下融化，融化阶段前期部分硅液会沿着硅料之间的缝隙向下流延，紧密贴合的尾料形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
3)将提纯硅块铺设在坩埚内侧四周，硅块与硅块之间紧密贴合，硅块与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙，在融化阶段前期，提纯硅块和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低多晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
4)在硅块包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、边皮；
5)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得多晶硅锭。
3.如权利要求1或2所述的装料方法，其特征在于所述尾料厚度为30mm-70mm之间。
4.一种减少铸造单晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部铺设单晶籽晶，单晶籽晶与单晶籽晶之间紧密贴合，单晶籽晶与坩埚内壁紧密贴合，紧密贴合的单晶籽晶形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
2)将边皮倾斜设置在坩埚四周内壁上，边皮与边皮之间紧密贴合，边皮顶部与坩埚侧壁紧密贴合，边皮底部与坩埚侧壁之间留有10-20mm的间隙；在融化阶段前期，边皮和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低单晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
3)在边皮包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、提纯多晶硅块；
4)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得单晶硅锭。
5.一种减少铸造单晶硅锭氧含量和杂质点的装料方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在坩埚底部铺设单晶籽晶，单晶籽晶与单晶籽晶之间紧密贴合，单晶籽晶与坩埚内壁紧密贴合，紧密贴合的单晶籽晶形成一个屏障，在融化阶段前期防止硅液流延到坩埚底部，减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量；
2)将提纯硅块铺设在坩埚内侧四周，硅块与硅块之间紧密贴合，硅块与坩埚侧壁之间留有10mm-20mm的间隙，在融化阶段前期，提纯硅块和坩埚侧壁之间的间隙减少硅液和坩埚接触反应产生氧的数量，同时也避免硅液向下流延时对坩埚侧壁上氮化硅涂层的冲刷，减少氮化硅脱落的风险，降低单晶硅锭中氮化硅杂质的数量，减少硅锭中因氮化硅导致硅原子错排而产生的位错；
3)在硅块包围形成的空间中装入原生多晶硅棒料、原生多晶硅小块料、边皮；
4)将装满硅料的坩埚放入铸锭炉中制得单晶硅锭。
6.如权利要求4或5所述的装料方法，其特征在于单晶籽晶层厚度为15mm-35mm之间。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20201228 Address after: No.198 Guangming Road, Yangzhong Economic Development Zone, Zhenjiang City, Jiangsu Province Applicant after: Jiangsu Meike Solar Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 968 GANGLONG Road, Yangzhong Development Zone, Zhenjiang City, Jiangsu Province Applicant before: JIANGSU MEIKE SILICON ENERGY Co.,Ltd. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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