CN110685010A - 一种高效多晶硅铸锭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效多晶硅铸锭方法，包括：以原生多晶硅和籽晶为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭，并对大方锭进行开方以得到合格的多晶硅锭，同时得到头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料；对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉，以得到回炉锭，回炉锭铸锭过程中铺上籽晶；取少子寿命大于第一阈值的回炉锭，并计算该回炉锭的平均少子寿命；对于平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭，进行划线处理，从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对剩余部分进行提纯，以得到提纯锭。本发明能够现有技术中原料浪费的问题，降低高效多晶硅铸锭的投料成本。

Description

一种高效多晶硅铸锭方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种高效多晶硅铸锭方法。
背景技术
多晶硅铸锭是将原料放置在坩埚中，然后将坩埚放置在铸锭炉中，使用定向凝固法经过熔化、长晶、退火、冷却步骤后铸成大方锭，再经过开方、品质检测、平磨倒角、配棒粘棒、切片、清洗、检验包装后得到合格的高效多晶硅片。
多晶硅铸锭使用的原料主要包括一定比例的原生多晶硅、片料、单多晶循环料和提纯锭，其中，半熔多晶铸锭过程中会形成籽晶尾料、头料顶皮和边皮顶皮，目前的做法是将籽晶尾料、头料顶皮和边皮顶皮集中在一起进行回炉，提纯后再截取出标准内部分，便是多晶硅铸锭原料中的提纯锭。
而将籽晶尾料、头料顶皮和边皮顶皮只用于回炉生产提纯锭，造成了原料的浪费，导致高效多晶硅铸锭的投料成本升高。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种高效多晶硅铸锭方法，以解决现有技术中原料浪费的问题，降低高效多晶硅铸锭的投料成本。
一种高效多晶硅铸锭方法，包括：
以原生多晶硅和籽晶为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭，并对大方锭进行开方以得到合格的多晶硅锭，同时得到头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料；
对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉，以得到回炉锭，回炉锭铸锭过程中铺上籽晶；
取少子寿命大于第一阈值的回炉锭，并计算该回炉锭的平均少子寿命；
对于平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭，进行划线处理，其中，第二阈值大于第一阈值，头尾均按少子寿命大于第一阈值进行管控，以得到头部管控位置和尾部管控位置，且设定头部最低划线位置和尾部最低划线位置，将头部管控位置和头部最低划线位置距离顶部最远者作为头部划线位置，将尾部管控位置和尾部最低划线位置距离底部最远者作为尾部划线位置；
从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对剩余部分进行提纯，以得到提纯锭。
根据本发明提供的高效多晶硅铸锭方法，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，铺上籽晶，提高引晶质量，然后对少子寿命大于第一阈值、且平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理，最终从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对切片得到的硅棒进行测试证明其品质非常稳定，能够达到主流高效硅片的性能，而对切片后剩余的部分进行提纯，得到提纯锭，保证持续稳定生产，相比现有技术，本发明对回炉锭进行了更加有效的利用，将其中品质高的部分单独划分出直接作为高效多晶硅，将避免了原料的浪费，大大降低了高效多晶硅铸锭的投料成本。
另外，根据本发明上述的高效多晶硅铸锭方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，获取头部电阻率测试合格位置，将头部电阻率测试合格位置与头部划线位置之间的回炉锭作为提纯锭，并将该提纯锭与原生多晶硅和籽晶一起作为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭。
进一步地，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，获取回炉头部报废标准位置，将回炉头部报废标准位置以上的回炉锭进行报废处理，将回炉头部报废标准位置与头部划线位置之间的回炉锭作为回炉头料，回炉头料用于二次回炉。
进一步地，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，将尾部划线位置以下的回炉锭和回炉锭铸锭过程中铺设的籽晶作为回炉尾料，回炉尾料用于二次回炉。
进一步地，对于平均少子寿命小于第二阈值的回炉锭，对其进行提纯，以得到提纯锭。
进一步地，第一阈值为3.5us，第二阈值为5.5us。
进一步地，头部最低划线位置与顶部之间的距离为33mm。
进一步地，尾部最低划线位置与底部之间的距离为60mm。
进一步地，预设距离为170mm。
进一步地，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，加入单晶头料、单晶尾料、单晶边皮料、单晶锅底料、单晶提渣料。
附图说明
图1为本发明实施例的高效多晶硅铸锭方法的流程示意图；
图2为对大方锭进行开方的示意图；
图3为回炉锭划线处理示意图。
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若干实施例。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。
本发明的实施例提供了一种高效多晶硅铸锭方法，包括步骤S1～S5：
S1，以原生多晶硅和籽晶为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭，并对大方锭进行开方以得到合格的多晶硅锭，同时得到头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料。
其中，请参阅图1和图2，具体是将原料放置在坩埚中，然后将坩埚放置在铸锭炉中，使用定向凝固法经过熔化、长晶、退火、冷却步骤后铸成大方锭，再经过开方(由大方锭开方为若干个小方锭)、品质检测、平磨倒角、配棒粘棒、切片、清洗、检验包装后得到合格的多晶硅片。
多晶硅铸锭使用的原料主要包括60％的原生多晶硅、10％的片料、10％的单多晶循环料和10％的提纯锭。原生多晶硅质量最优，片料为清洗、切片或电池中产生的不良品清洗后重新使用，单多晶循环料中多晶循环料包括多晶边皮、多晶头料和多晶尾料，单晶循环料包括单晶头料、单晶边皮和单晶尾料。多晶铸锭过程中还会产生一部分不能直接当循环料使用的边角料，如半熔多晶铸锭过程中的半熔籽晶尾料、头料顶皮和边皮顶皮，这部分按传统方式是集中在一起投炉进行提纯后再截取出标准内部分，便是多晶铸锭原料中的提纯锭，这会造成原料的浪费，导致投料成本升高。
S2，对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉，以得到回炉锭，回炉锭铸锭过程中铺上籽晶。
本申请中，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，铺上籽晶，提高引晶质量。具体实施时，需要先将头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行清洗，然后再进行一次回炉。
S3，取少子寿命大于第一阈值的回炉锭，并计算该回炉锭的平均少子寿命。
其中，第一阈值优选为3.5us，即取少子寿命大于3.5us的回炉锭(这里具体是指一个大方锭)，并计算该回炉锭的平均少子寿命。
S4，对于平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭，进行划线处理，其中，第二阈值大于第一阈值，头尾均按少子寿命大于第一阈值进行管控，以得到头部管控位置和尾部管控位置，且设定头部最低划线位置和尾部最低划线位置，将头部管控位置和头部最低划线位置距离顶部最远者作为头部划线位置，将尾部管控位置和尾部最低划线位置距离底部最远者作为尾部划线位置。
其中，第二阈值优选为5.5us，即对于平均少子寿命大于5.5us的回炉锭，对其进行划线处理，请参阅图3，划线处理的具体过程为：
头尾均按少子寿命大于第一阈值(即3.5us)进行管控，以得到头部管控位置和尾部管控位置(可以通过少子寿命测试设备获得子寿命大于3.5us时，头部管控位置和尾部管控位置)，且设定头部最低划线位置和尾部最低划线位置，将头部管控位置和头部最低划线位置距离顶部最远者作为头部划线位置，将尾部管控位置和尾部最低划线位置距离底部最远者作为尾部划线位置。
优选的，头部最低划线位置与顶部之间的距离为33mm，尾部最低划线位置距离与底部之间的距离为60mm。这两个数值是根据大量实验数据得出的，在该数值对应的距离下，能够确保划线处理后效果，保证切片得到的硅棒的品质。
在确定头部划线位置和尾部划线位置时，需要将头部管控位置和33mm进行比较，取距离顶部最远者作为头部划线位置。同理，需要将尾部管控位置和60mm进行比较，取距离底部最远者作为尾部划线位置。
需要指出的是，对于平均少子寿命小于第二阈值(5.5us)的回炉锭(这里具体是指一个大方锭)，由于平均少子寿命不高，品质也不高，因此，按照传统方式对其进行提纯，以得到提纯锭，作为步骤S1中原料的一部分。
S5，从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对剩余部分进行提纯，以得到提纯锭。
其中，预设距离优选为170mm，即从尾部划线位置开始往上170mm进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，通过对该硅棒进行测试，结果表明，其能够达到主流高效硅片的性能，位错非常低，不会出现因为位错产生的低效和黑斑的问题，且可靠性和稳定性好。预设距离可以根据需要进行调节，取决于需要的产品质量，不局限于170mm。
作为一个具体示例，步骤S5中对剩余部分进行提纯，以得到提纯锭，具体是：在对平均少子寿命大于第二阈值(即5.5us)的回炉锭进行划线处理时，还获取头部电阻率测试合格位置，将头部电阻率测试合格位置与头部划线位置之间的回炉锭(命名为回炉高效头料)作为提纯锭，并将该提纯锭与原生多晶硅和籽晶一起作为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭，保证持续稳定生产。
此外，在对平均少子寿命大于第二阈值(即5.5us)的回炉锭进行划线处理时，还获取回炉头部报废标准位置(例如，回炉头部报废标准位置与顶部之间的距离为8mm)，将回炉头部报废标准位置以上的回炉锭进行报废处理，将回炉头部报废标准位置与头部划线位置之间的回炉锭作为回炉头料，回炉头料用于二次回炉，二次回炉只用于提纯出提纯锭。
此外，在对平均少子寿命大于第二阈值(即5.5us)的回炉锭进行划线处理时，将尾部划线位置以下的回炉锭和回炉锭铸锭过程中铺设的籽晶作为回炉尾料，回炉尾料用于二次回炉。需要指出的是，具体实施时，还会对回炉边皮进行二次回炉，用于提纯出提纯锭。本实施例中，回炉锭铸锭过程中铺设的籽晶作为回炉尾料，即需要不截断籽晶层，可以节省切方成本。
作为一个可选的实施方式，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，还可以加入单晶头料、单晶尾料、单晶边皮料、单晶锅底料、单晶提渣料，以进一步提高硅片品质。
综上，根据本发明提供的高效多晶硅铸锭方法，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，铺上籽晶，提高引晶质量，然后对少子寿命大于第一阈值、且平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理，最终从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对切片得到的硅棒进行测试证明其品质非常稳定，能够达到主流高效硅片的性能，而对切片后剩余的部分进行提纯，得到提纯锭，保证持续稳定生产，相比现有技术，本发明对回炉锭进行了更加有效的利用，将其中品质高的部分单独划分出直接作为高效多晶硅，将避免了原料的浪费，大大降低了高效多晶硅铸锭的投料成本。
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)

1.一种高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，包括：
以原生多晶硅和籽晶为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭，并对大方锭进行开方以得到合格的多晶硅锭，同时得到头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料；
对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉，以得到回炉锭，回炉锭铸锭过程中铺上籽晶；
取少子寿命大于第一阈值的回炉锭，并计算该回炉锭的平均少子寿命；
对于平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭，进行划线处理，其中，第二阈值大于第一阈值，头尾均按少子寿命大于第一阈值进行管控，以得到头部管控位置和尾部管控位置，且设定头部最低划线位置和尾部最低划线位置，将头部管控位置和头部最低划线位置距离顶部最远者作为头部划线位置，将尾部管控位置和尾部最低划线位置距离底部最远者作为尾部划线位置；
从尾部划线位置开始往上预设距离进行切片，将切片得到的硅棒直接作为高效多晶硅，对剩余部分进行提纯，以得到提纯锭。
2.根据权利要求1所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，获取头部电阻率测试合格位置，将头部电阻率测试合格位置与头部划线位置之间的回炉锭作为提纯锭，并将该提纯锭与原生多晶硅和籽晶一起作为原料，采用定向凝固法铸锭形成大方锭。
3.根据权利要求1所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，获取回炉头部报废标准位置，将回炉头部报废标准位置以上的回炉锭进行报废处理，将回炉头部报废标准位置与头部划线位置之间的回炉锭作为回炉头料，回炉头料用于二次回炉。
4.根据权利要求3所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，在对平均少子寿命大于第二阈值的回炉锭进行划线处理时，将尾部划线位置以下的回炉锭和回炉锭铸锭过程中铺设的籽晶作为回炉尾料，回炉尾料用于二次回炉。
5.根据权利要求1所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，对于平均少子寿命小于第二阈值的回炉锭，对其进行提纯，以得到提纯锭。
6.根据权利要求1所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，第一阈值为3.5us，第二阈值为5.5us。
7.根据权利要求6所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，头部最低划线位置与顶部之间的距离为33mm。
8.根据权利要求7所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，尾部最低划线位置与底部之间的距离为60mm。
9.根据权利要求8所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，预设距离为170mm。
10.根据权利要求1所述的高效多晶硅铸锭方法，其特征在于，在对头料顶皮、边皮顶皮和籽晶尾料进行一次回炉时，加入单晶头料、单晶尾料、单晶边皮料、单晶锅底料、单晶提渣料。
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