CN204111922U - 多晶硅高效硅锭引晶装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多晶硅高效硅锭引晶装置，解决了现有的硅晶体自发形核引晶颗粒容易导致非均匀形核和晶核品质低的问题。包括在石英坩埚（1）的坩埚底的氧化硅涂层（2）上均布有引晶颗粒（3）引晶颗粒芯的粒径为0.15-0.3毫米，在引晶颗粒芯的外表面上粘合有碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粘合包覆层，粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米。将选取的碳化硅碎粒与纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的碳化硅碎粒糊状悬浮液体，将引晶颗粒芯放入到悬浮液体进行包覆，然后烘烧冷却。特别适用于在坩埚中生产多晶硅高效硅锭的生产过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅高效硅锭的引晶装置，特别涉及一种在高效坩埚中所使用的多晶硅高效硅锭的引晶装置，适用于光伏行业铸锭工艺环节。
背景技术
多晶硅铸锭工艺环节处于光伏行业产业链的前端，对后续硅片、电池片等生产环节起着决定性的作用。多晶硅铸锭一般是采用定向凝固的方法，通过电加热将装载于石英坩埚中的硅料熔化，再利用一定的工艺方法从坩埚底部开始形核、长晶，最终形成满足要求的多晶硅锭。目前，高效硅锭的形核方法主要有两种，第一种方法是利用铺设在坩埚底部的未熔化的硅料来形核，即用硅晶体自发形核引晶颗粒来形核，在坩埚底部铺设的未熔化硅料高度的确定是依赖于人工操作，存在一致性差的缺点，硅锭得料率低，成本高；第二种方法是利用坩埚底部的异形结构来形核，坩埚底部异形结构容易导致底部粘埚，并存在回用料后续处理难的问题。
发明内容
本发明提供了一种多晶硅高效硅锭引晶装置，解决了现有的硅晶体自发形核引晶颗粒容易导致非均匀形核和晶核品质低的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种多晶硅高效硅锭引晶装置，包括石英坩埚，在石英坩埚的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层，在石英坩埚的坩埚底的氧化硅涂层上均布有引晶颗粒，引晶颗粒是由硅纯度大于99.99999%的引晶颗粒芯和粘合包覆层组成的，引晶颗粒芯的粒径为0.15-0.3毫米，在引晶颗粒芯的外表面上粘合有碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粘合包覆层，粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米。
引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5。
一种多晶硅高效硅锭引晶方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的粒径为0.15-0.3毫米的引晶颗粒芯；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的碳化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的碳化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的碳化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶颗粒芯放入到第四步得到的碳化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有碳化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶颗粒芯置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶颗粒；
第八步、在石英坩埚的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层，在石英坩埚的坩埚底的氧化硅涂层上均布底七步得到的引晶颗粒。
一种多晶硅高效硅锭引晶方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的粒径为0.15-0.3毫米的引晶颗粒芯；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的氮化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的氮化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的氮化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶颗粒芯放入到第四步得到的氮化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有氮化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶颗粒芯置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶颗粒；
第八步、在石英坩埚的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层，在石英坩埚的坩埚底的氧化硅涂层上均布底七步得到的引晶颗粒。
本发明的引晶颗粒为硅晶体非自发形核提供可控的形核中心，并引导硅晶体的非均匀形核，达到产生均匀性好和一致性高的高品质晶核的作用，为后续高品质电池片的生产奠定基础。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明采用引晶颗粒时的结构示意图；
图3是本发明采用引晶板时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
实施例一：
一种多晶硅高效硅锭引晶装置，包括石英坩埚1，在石英坩埚1的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层2，在石英坩埚1的坩埚底的氧化硅涂层2上均布有引晶颗粒3，引晶颗粒3是由硅纯度大于99.99999%的引晶颗粒芯和粘合包覆层组成的，引晶颗粒芯的粒径为0.15-0.3毫米，在引晶颗粒芯的外表面上粘合有碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粘合包覆层，粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米。
引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5。
一种多晶硅高效硅锭引晶方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的粒径为0.15-0.3毫米的引晶颗粒芯；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的碳化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的碳化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的碳化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶颗粒芯放入到第四步得到的碳化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有碳化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶颗粒芯置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶颗粒3；
第八步、在石英坩埚1的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层2，在石英坩埚1的坩埚底的氧化硅涂层2上均布底七步得到的引晶颗粒3。
一种多晶硅高效硅锭引晶方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的粒径为0.15-0.3毫米的引晶颗粒芯；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的氮化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的氮化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的氮化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶颗粒芯放入到第四步得到的氮化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有氮化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶颗粒芯置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶颗粒3；
第八步、在石英坩埚1的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层2，在石英坩埚1的坩埚底的氧化硅涂层2上均布底七步得到的引晶颗粒3。
实施例二：
一种多晶硅高效硅锭引晶装置，包括石英坩埚1，在石英坩埚1的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层2，在石英坩埚1的坩埚底的氧化硅涂层2上均布有引晶板4，引晶板4是由硅纯度大于99.99999%的引晶板芯和粘合包覆层组成的，引晶板芯是边长为125毫米的正方形板芯或边长为156毫米的正方形板芯，在引晶板芯的外表面上粘合有碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粘合包覆层，粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米。
引晶板芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5，也可设置多层粘合包覆层。
一种多晶硅高效硅锭引晶板的制备方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的边长为125毫米或边长为156毫米的的引晶板芯1；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的碳化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的碳化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的碳化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶板芯1放入到第四步得到的碳化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有碳化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶板芯1置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶板芯1的体积与粘合包覆层2的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶板。
一种多晶硅高效硅锭引晶板的制备方法，包括以下步骤：
第一步、选取硅纯度大于99.99999%的边长为125毫米或边长为156毫米的的引晶板芯1；
第二步、选取粒径小于或等于0.003毫米的氮化硅碎粒；
第三步、选取电阻率大于18MΩ.cm的纯水和金属含量低于30ppma的粘合剂；
第四步、将第二步选取的氮化硅碎粒与第三步选取的纯水及粘合剂一起放入到搅拌器中搅拌15-20分钟，制成密度大于2.33克/每立方厘米的氮化硅碎粒糊状悬浮液体；
第五步、将第一步选取的引晶板芯1放入到第四步得到的氮化硅碎粒糊状悬浮液体中浸泡2-5分钟；
第六步、将第五步浸泡好的并包覆有氮化硅碎粒糊状悬浮液层的引晶颗粒芯1置于氩气气氛中，烘烧使其温度达到150-200℃，并保持10-30分钟；然后使其在氩气气氛中自然冷却到室温；
第七步、选取引晶板芯1的体积与粘合包覆层2的体积的比为1：2-1：5的成品，得到多晶硅高效硅锭引晶板。
本发明所涉及的粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米，也可以选用其他的与晶体硅晶格常数相同或相近，并且熔点高于1430摄氏度，密度大于2.33克/立方厘米的颗粒。本发明所涉及的粘合剂最好用与晶体硅晶格常数相同或相近的粘合剂，该粘合剂的金属含量要低于30ppma。本发明所涉及的粘合包覆层不限于2层。
本发明的引晶颗粒有着与硅材料相近的物理特性；该引晶颗粒可有效的降低形核所需的形核功，极大增强了非均匀形核的能力;该引晶颗粒为硅晶体非自发形核提供可控的形核中心。本发明解决了目前，当前全熔高效硅锭生长初期引晶材料嵌入硅晶体，导致后期裂锭的问题；解决了当前半熔高效硅锭长晶初期籽晶熔化程度不易控制，且后期得料率低的问题；本发明降低了形核条件，促进了非自发形核的方式，解决了形核过程中由于热场、坩埚等因素造成的形核不可控的问题。
Claims (2)
1.一种多晶硅高效硅锭引晶装置，包括石英坩埚（1），在石英坩埚（1）的坩埚内表面上设置有氧化硅涂层（2），在石英坩埚（1）的坩埚底的氧化硅涂层（2）上均布有引晶颗粒（3），其特征在于，引晶颗粒（3）是由硅纯度大于99.99999%的引晶颗粒芯和粘合包覆层组成的，引晶颗粒芯的粒径为0.15-0.3毫米，在引晶颗粒芯的外表面上粘合有碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粘合包覆层，粘合包覆层中的碳化硅碎粒或氮化硅碎粒的粒径小于或等于0.003毫米。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅高效硅锭引晶装置，其特征在于，引晶颗粒芯的体积与粘合包覆层的体积的比为1：2-1：5。
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| CN201420515734.9U CN204111922U (zh) | 2014-09-10 | 2014-09-10 | 多晶硅高效硅锭引晶装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN104152988A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-11-19 | 山西中电科新能源技术有限公司 | 多晶硅高效硅锭引晶装置及其引晶方法 |
| CN106801253A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-06-06 | 常州天合光能有限公司 | 一种生产高效多晶硅的引晶片及引晶方法 |
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- 2014-09-10 CN CN201420515734.9U patent/CN204111922U/zh active Active
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