CN112226810A - 一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法 - Google Patents

一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法 Download PDF

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CN112226810A CN201910637883.XA CN201910637883A CN112226810A CN 112226810 A CN112226810 A CN 112226810A CN 201910637883 A CN201910637883 A CN 201910637883A CN 112226810 A CN112226810 A CN 112226810A
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尹翠哲
王小兵
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Yin Cuizhe
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/14—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Abstract

本发明提供了一种生产铸造单晶时籽晶重复利用方法，包括以下步骤：（a）直拉单晶棒去除边皮，再经过切割后得到长方体形状的籽晶；（b）将所述籽晶铺设在坩埚底部；（c）在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等多晶回收料；（d）采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；(e)将铸造单晶硅锭进行开方得到小方锭；（f）对尾料籽晶进行磨边，得到小籽晶；（g）将小籽晶铺设在坩埚底部，重复步骤c和步骤d得到铸造单晶锭。本发明实现了籽晶的重复利用，大大降低了铸造单晶硅锭的籽晶成本。

Description

一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法
技术领域
本发明涉及光伏造领域，尤其涉及一种籽晶重复利用方法。
背景技术
目前生产铸造单晶的一般步骤为：在坩埚底部铺设一层单晶籽晶，在单晶籽晶上面装正常铸锭的头料、尾料、边皮和原生多晶硅料，采用半融工艺得到铸造单晶。由于单晶硅籽晶成本主要来源于直拉法单晶硅棒，成本高昂，同时一炉单晶硅籽晶通常只能制备一个铸造单晶硅锭，造成铸造单晶硅片的成本居高不下，严重影响了铸造单晶硅产业的发展。
本发明提供了一种生产铸造单晶时籽晶重复利用方法，采用此方法后，一炉籽晶可以生产多个铸造单晶锭,大大降低了铸造单晶的籽晶成本。
发明内容
本发明提供了一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，包括以下步骤：
步骤a 直拉单晶棒去除边皮，再经过切割后得到长方体形状的籽晶。
步骤b 将所述籽晶铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层。
步骤c 在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等多晶回收料。
步骤d 将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭。
步骤e 将步骤（d）得到的铸造单晶硅锭进行开方得到小方锭，在每个小方锭的底部区域切割得到尾料籽晶，同时尾料籽晶中含有晶界。
步骤f 对步骤（e）得到的尾料籽晶进行磨边，直到把所述尾料籽晶中的晶界磨消失，又得到尺寸相同的小籽晶。
步骤g 将步骤（f）所述的小籽晶铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，重复步骤c和步骤d得到铸造单晶锭。
优选地，步骤a 所述籽晶可以分为不同种类，且不种类籽晶的引晶面晶向一致，侧面晶向具有一定角度的晶向差。
优选地，步骤b 所述不同种类的籽晶交替铺设在坩埚底部，使籽晶之间形成晶界来抑制位错的产生。
优选地，步骤e所述尾料切割时的切割方向为垂直于所述铸造单晶硅锭的生长方向。
优选地，步骤e所述每个小方锭底部区域可以切割1-3个尾料籽晶。
优选地，步骤g所述的小籽晶可以是重复利用的籽晶，也可以是用单晶棒加工的一次小籽晶。
本发明提供的生产铸造单晶时籽晶重复利用方法具有以下有益效果：
实现了籽晶的全部或部分重复利用，大大降低了铸造单晶硅锭的籽晶成本；重复利用的小籽晶之间形成新的晶界来抑制位错的产生，制得的铸造单晶硅锭质量好。
附图说明
图 1由9块籽晶形成的籽晶层示意图；
图 2装料示意图1；
图 3开方示意图1；
图 4尾料籽晶磨边示意图1；
图 5由16块籽晶形成的籽晶层示意图；
图 6装料示意图2；
图 7开方示意图2；
图 8尾料籽晶磨边示意图2。
实施例1
一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，包括以下步骤：
步骤a 直拉单晶棒去除边皮，再经过切割后得到长方体形状的籽晶，籽晶分为两种，两种籽晶的上表面晶向相同，侧面晶向不同，如图1所示，分别用白色和黑色表示。
步骤b 将步骤（a）所述的两种籽晶交替铺设在坩埚底部，形成由9块籽晶组成的籽晶层，如图1所示。
步骤c 在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等多晶回收料，如图2所示。
步骤d 将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭。
步骤e 将步骤（d）得到的铸造单晶硅锭进行开方得到小方锭，如图3所示，在每个小方锭的底部区域切割得到尾料籽晶，同时尾料籽晶中含有晶界。
步骤f 取图3左下角部位的尾料籽晶进行磨边，直到把所述尾料籽晶中的晶界磨消失，又得到尺寸相同的小籽晶，如图4所示；其余尾料籽晶按照上述磨成小籽晶。
步骤g 将步骤（f）所述的两种小籽晶交替铺设在坩埚底部，形成由9块小籽晶组成的籽晶层，重复步骤c和步骤d得到铸造单晶锭。
实施例2
一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，包括以下步骤：
步骤a 直拉单晶棒去除边皮，再经过切割后得到长方体形状的籽晶，籽晶分为两种，两种籽晶的上表面晶向相同，侧面晶向不同，如图1所示，分别用白色和黑色表示。
步骤b 将步骤（a）所述的两种籽晶交替铺设在坩埚底部，形成由16块籽晶组成的籽晶层，如图5所示。
步骤c 在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等多晶回收料，如图6所示。
步骤d 将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭。
步骤e 将步骤（d）得到的铸造单晶硅锭进行开方得到小方锭，如图7所示，在每个小方锭的底部区域切割得到尾料籽晶，同时尾料籽晶中含有晶界。
步骤f 取图7中左下角部位的尾料籽晶进行磨边，直到把所述尾料籽晶中的晶界磨消失，又得到尺寸相同的小籽晶，如图8所示；其余尾料籽晶按照上述磨成小籽晶。
步骤g 将步骤（f）所述的两种小籽晶交替铺设在坩埚底部，形成由16块小籽晶组成的籽晶层，重复步骤c和步骤d得到铸造单晶锭。
本发明提供的一种生产铸造单晶时籽晶重复利用方法，通过在铸造单晶铸锭的底部切割一定数量的尾料籽晶，对尾料籽晶进行磨边，直到把所述尾料籽晶中的晶界磨消失，又得到小籽晶，将所述的小籽晶铺设在坩埚底部，又可以生产铸造单晶锭。本发明通过简单的方法可以实现籽晶的多次重复利用，大大降低了铸造单晶硅的籽晶成本。

Claims (8)

1.一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供坩埚，将单晶硅籽晶铺设在所述坩埚底部，得到籽晶层；在所述籽晶层上方设置熔融状态的硅料，控制温度，使得所述熔融状态的硅料在所述单晶硅籽晶上继承所述单晶籽晶的晶向结构进行生长，制得铸造单晶硅锭；(2) 将步骤(1)中得到的铸造单晶锭进行开方得到小方锭，在每个小方锭的底部区域切割得到尾料籽晶，同时尾料籽晶中含有晶界；(3)将步骤(2)得到的尾料籽晶进行磨边，直到把所述尾料籽晶中的晶界部分去除，得到小籽晶；(4) 将步骤(3)所述的小籽晶铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，重复步骤(1)得到铸造单晶锭。
2.如权利要求1所述的一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(1)中所述单晶籽晶来源于单晶硅棒。
3.如权利要求1所述的一种铸造单晶硅用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(2)中所述切割时的切割方向为垂直于所述类单晶硅锭的生长方向。
4.如权利要求1所述的一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(2)中采用金刚石带锯或金刚石线锯进行切割。
5.如权利要求1所述的一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(2)中所述尾料籽晶长为50mm-200mm、宽为50mm-200mm、高度为10mm-30mm。
6.如权利要求1所述的铸造类单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(3)中所述磨边后的小籽晶长度和宽度比尾料籽晶小1mm-10mm，高度与尾料籽晶一致。
7.如权利要求1所述的一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(4)中所述小籽晶在铺设时使相邻小籽晶的侧面法向方向的晶体取向不一致，形成一定角度的晶向差。
8.如权利要求1所述的一种铸造单晶用籽晶的重复利用方法，其特征在于，步骤(1)所述控制温度为：在所述籽晶层上方设置熔融状态的硅料后，控制所述坩埚底部温度低于所述籽晶的熔点，使得所述籽晶层不被完全熔化；然后控制所述坩埚内的温度沿垂直与所述坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使得所述熔融状态的硅料在所述单晶硅籽晶上继承所述单晶硅籽晶的晶向结构进行生长，制得铸造单晶硅锭。
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