CN112813495A - 一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，其包括以下步骤：提供硅锭方棒，硅锭方棒包括位于底部的单晶硅籽晶层以及位于单晶硅籽晶层上侧的类单晶硅铸锭层；在硅锭方棒底端一侧距离硅锭方棒底面设定距离位置处截断硅锭方棒，并在截断硅锭方棒之前或之后对单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅的切除；获取回收籽晶，回收籽晶包含有底面一侧切除设定厚度单晶硅的单晶硅籽晶层；本发明所提供的回收利用方法可以实现单晶硅籽晶的二次甚至多次利用，大大降低了铸造类单晶的籽晶制作成本；而且回收籽晶二次利用时还能避免引入上一次使用过程中因与坩埚底部接触所形成的污染，可确保类单晶硅二次铸造的品质。

Description

一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法

技术领域

本发明涉及类单晶硅铸锭领域，尤其涉及一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法。

背景技术

太阳能资源丰富、分布广泛，是最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电由于其清洁、安全、便利以及高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。

现有技术中，用来制备太阳电池的单晶硅通常是利用直拉技术或区熔技术而制备获取到，但是单晶硅的制备成本高以及能耗高。而多晶硅则是利用铸造技术进行制备，其制造成本低，但制备出的太阳能电池的光电转化效率相对较低。为了结合单晶硅制备和多晶硅制备的优点，目前业界推出了一种介于单晶硅和多晶硅之间的类单晶，即利用多晶硅的铸造技术制备出效率接近单晶硅的类单晶硅，其中以单晶硅作为籽晶放置于坩埚的底部，在籽晶上方设置硅料，然后按照多晶铸锭的方式进行加热熔化，并且保证籽晶不被完全熔化掉，确认籽晶达到所要求高度后，进入长晶阶段，通过调节温度和隔热系统的升降速率，建立合适的温度梯度，使得熔融态的硅在未熔的籽晶上开始生长，从而生产制备出类单晶硅。

然现有技术中类单晶硅铸造过程中所采用的籽晶多是单次使用，即籽晶在一次引晶铸锭完成后即作为普通的硅料回收来使用，现有技术所涉及的籽晶单次使用方式大大提升了类单晶铸造成本。

有鉴于此，有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，其具体设计方式如下。

一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，其包括以下步骤：

提供硅锭方棒，所述硅锭方棒包括位于底部的单晶硅籽晶层以及位于所述单晶硅籽晶层上侧的类单晶硅铸锭层；

在所述硅锭方棒底端一侧距离所述硅锭方棒底面设定距离位置处截断所述硅锭方棒，并在截断所述硅锭方棒之前或之后对所述单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅的切除；

获取回收籽晶，所述回收籽晶包含有底面一侧切除设定厚度单晶硅的所述单晶硅籽晶层。

进一步，在截断所述硅锭方棒之前，还包括对所述硅锭方棒的侧表面进行磨面处理的步骤。

进一步，还包括对所述回收籽晶进行酸洗处理的步骤。

进一步，所述酸洗处理的步骤所采用溶液为硝酸、氢氟酸混合溶液。

进一步，在截断所述硅锭方棒之前，还包括采用少子寿命检测设备对所述硅锭方棒进行少子寿命检测的步骤，所述硅锭方棒截断位置所在区域的少子寿命处于设定阈值内。

进一步，所述设定阈值为2.5-3.5μs。

进一步，所述回收籽晶的厚度为25-40mm，所述回收籽晶中单晶硅的厚度为5-15mm。

进一步，所述单晶硅籽晶层的底面一侧单晶硅被切除的设定厚度为2-8mm。

进一步，所述硅锭方棒由类单晶硅锭开方制得。

进一步，采用所述回收籽晶再次进行类单晶硅铸锭时回收籽晶的铺设位置及方向与用于获取所述回收籽晶的类单晶硅铸锭时籽晶的铺设位置及方向一致。

本发明的有益效果是：基于本发明所提供类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，可以实现单晶硅籽晶的二次甚至多次利用，大大降低了铸造类单晶的籽晶制作成本；而且通过本发明所提供回收利用方法回收的回收籽晶二次利用时还能避免引入上一次使用过程中因与坩埚底部接触所形成的污染，可确保类单晶硅二次铸造的品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1所示为本发明类单晶硅铸锭用籽晶回收利用的第一种实施流程图；

图2所示为本发明类单晶硅铸锭用籽晶回收利用的第二种实施流程图；

图3所示为本发明类单晶硅铸锭用籽晶回收利用的第三种实施流程图；

图4所示为本发明类单晶硅铸锭用籽晶回收利用的第四种实施流程图；

图5所示为本发明类单晶硅铸锭用籽晶回收利用的第五种实施流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

参考图1所示，本实施例所提供类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法包括以下步骤：

提供硅锭方棒100，所述硅锭方棒100包括位于底部的单晶硅籽晶层(图中未标示)以及位于单晶硅籽晶层上侧的类单晶硅铸锭层(图中未标示)。在具体实施过程中，硅锭方棒100由类单晶硅锭开方制得，类单晶硅锭是采用单晶硅为籽晶，并在籽晶上侧生长类单晶成型，在类单晶的成型过程，部分籽晶未融化，未融化的单晶硅即构成硅锭方棒100中位于底部的单晶硅籽晶层，单晶硅籽晶层上侧生长成型的硅层即构成类单晶硅铸锭层。

进一步，在提供硅锭方棒100之后还包括，在硅锭方棒100底端一侧距离硅锭方棒100底面设定距离位置处截断硅锭方棒100。参考图1中所示，截断面101所在位置与硅锭方棒100底面之间的距离即为设定距离。本实施例中，通常采用金刚石线锯或金刚石带锯等机构沿截断面101对硅锭方棒100进行截断，硅锭方棒100沿截断面101截断后的上侧部分12即可进一步加工成类单晶硅片以作为电池片的基板使用。在具体采用上侧部分12加工形成类单晶硅片的过程中，通常还需要对上侧部分12的顶端进行一定厚度的切除，具体可参考现有技术，在此不作进一步展开。

本施例中，在截断硅锭方棒100之后还包括对单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅的切除。具体而言，在类单晶铸造成型过程中，硅锭方棒100的底面一侧与坩埚构成直接接触，通常会被坩埚底面引起一定的污染，该步骤通过底面一侧设定厚度单晶硅的切除可以将受污染的部分去除，从而保证后续类单晶二次铸造的品质。在本具体实施例中，底面一侧设定厚度单晶硅即对应废弃层11，硅锭方棒100沿截断面101截断后的下侧部分在沿切割面102切除废弃层11后即可获取回收籽晶10，回收籽晶10包含有底面一侧切除设定厚度单晶硅的单晶硅籽晶层。该回收籽晶10可作为下一次类单晶铸造的籽晶。

基于本发明所提供类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，可以实现单晶硅籽晶的二次甚至多次利用，大大降低了铸造类单晶硅的籽晶制作成本。

在具体实施过程中，为了确保回收籽晶10二次铸造类单晶的品质，通常需要保证回收籽晶10具有足够的洁净度，参考图1所示，本实施例所涉及的回收利用方法还包括对回收籽晶10进行酸洗处理的步骤。具体于本实施例中，酸洗处理的步骤所采用溶液为硝酸、氢氟酸混合溶液。

此外，在截断硅锭方棒100之前，还包括采用少子寿命检测设备对硅锭方棒100进行少子寿命检测的步骤，硅锭方棒100截断位置所在区域的少子寿命处于设定阈值内，结合图1中所示，即截断面101所在区域的少子寿命处于设定阈值内。基于类单晶的铸造成型工艺，硅锭方棒100的底端部分的少子寿命小于中间部分的少子寿命，且在底端部分的少子寿命自下向上呈逐渐增大的趋势，通过将硅锭方棒100截断位置限制在少子寿命处于设定阈值内的区域，可以保证硅锭方棒100被截断后所得上侧部分12具有较为优异的少子寿命。

在具体实施过程中，截断硅锭方棒100的少子寿命大致处于1-5μs范围内。作为本发明的优选实施方式，本实施例中所涉及的设定阈值为2.5-3.5μs，即截断面101所在区域的少子寿命为2.5-3.5μs。例如在具体实施过程中，在硅锭方棒100底端选取少子寿命为3μs的位置处作为截断硅锭方棒100的截断面101。

在本实施例中，回收籽晶10的厚度为25-40mm，回收籽晶10中单晶硅的厚度为5-15mm。单晶硅籽晶层的底面一侧单晶硅被切除的设定厚度为2-8mm。

在一具体实施场景中，在采用单晶硅作为籽晶进行第一次类单晶铸造时，所涉及籽晶的初始厚度为25mm，在类单晶铸造过程中，籽晶溶化后所保留单晶的高度为15mm，该15mm的单晶即构成硅锭方棒100的单晶籽晶层，在获取回收籽晶10的过程中，需要对单晶籽晶层底面一侧进行5mm厚废弃层11的切除，进而得到单晶厚度为10mm的回收籽晶10，该回收籽晶10还具有一定厚度的类单晶。

作为本发明的一种优选，在本实施例中，采用回收籽晶再次进行类单晶硅铸锭时，回收籽晶10的铺设位置及方向与用于获取回收籽晶的类单晶硅铸锭时籽晶的铺设位置及方向一致。如此可保证回收籽晶10与原始籽晶铸造的类单晶具有相近的品质。

此外，在在采用回收籽晶10进行类单晶硅铸锭时，回收籽晶10上侧的类单晶需要完全融化，即回收籽晶10熔融后保留固体高度不大于回收籽晶10中单晶硅的厚度。具体对于单晶厚度为10mm的回收籽晶10而言，回收籽晶10熔融后保留固体高度不大于10mm，如此确保后续能够生长出品质较高的类单晶。

参考图2所示，其展示的是本发明第二种实施方式，与图1所实施例的不同点在于，本实施例中，对单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅切除的步骤位于截断硅锭方棒100之前。

参考图3所示，其展示的是本发明第三种实施方式，与图1所实施例的不同点在于，于本实施例中，在截断硅锭方棒100之前，还包括对硅锭方棒100的侧表面进行磨面处理的步骤。具体实施过程中，通常采用一对相对设置的磨面盘200同时对硅锭方棒100相对的一对侧面同时进行磨面处理。基于磨面处理的步骤，所获取回收籽晶10的侧面具有较好的垂直度及平整度，进而在采用其进行二次类单晶硅铸造时，能够减少类单晶硅在初始长晶期间因拼接缝导致的位错，进而减少类单晶硅的头部位错，提升类单晶硅的铸造品质。

参考图4所示，其展示的是本发明第四种实施方式，其是图2所示实施例的基础的一种改进。具体而言，在本实施例中，在对单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅切除的步骤之前，还包括对硅锭方棒100的侧表面进行磨面处理的步骤。

参考图5所示，其展示的是本发明第五种实施方式，其也是图2所示实施例的基础的另一种改进。在本实施例中，对硅锭方棒100的侧表面进行磨面处理的步骤处于“对单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅切除”与“截断硅锭方棒100”两个步骤之间。

较为容易理解，图4、图5所实施例中均具有对硅锭方棒100的侧表面进行磨面处理的步骤，通过其所获取的回收籽晶也具有图3所示实施例所获取的回收籽晶的优势，具体在此不作进一步展开。

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，各实施方式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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种类单晶硅铸锭用籽晶的回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供硅锭方棒，所述硅锭方棒包括位于底部的单晶硅籽晶层以及位于所述单晶硅籽晶层上侧的类单晶硅铸锭层；

在所述硅锭方棒底端一侧距离所述硅锭方棒底面设定距离位置处截断所述硅锭方棒，并在截断所述硅锭方棒之前或之后对所述单晶硅籽晶层的底面一侧进行设定厚度单晶硅的切除；

获取回收籽晶，所述回收籽晶包含有底面一侧切除设定厚度单晶硅的所述单晶硅籽晶层。

2.根据权利要求1所述的回收利用方法，其特征在于，在截断所述硅锭方棒之前，还包括对所述硅锭方棒的侧表面进行磨面处理的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，还包括对所述回收籽晶进行酸洗处理的步骤。

4.根据权利要求3所述的回收利用方法，其特征在于，所述酸洗处理的步骤所采用溶液为硝酸、氢氟酸混合溶液。

5.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，在截断所述硅锭方棒之前，还包括采用少子寿命检测设备对所述硅锭方棒进行少子寿命检测的步骤，所述硅锭方棒截断位置所在区域的少子寿命处于设定阈值内。

6.根据权利要求5所述的回收利用方法，其特征在于，所述设定阈值为2.5-3.5μs。

7.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，所述回收籽晶的厚度为25-40mm，所述回收籽晶中单晶硅的厚度为5-15mm。

8.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，所述单晶硅籽晶层的底面一侧单晶硅被切除的设定厚度为2-8mm。

9.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，所述硅锭方棒由类单晶硅锭开方制得。

10.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，采用所述回收籽晶再次进行类单晶硅铸锭时回收籽晶的铺设位置及方向与用于获取所述回收籽晶的类单晶硅铸锭时籽晶的铺设位置及方向一致。

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