一種高效多晶硅的鑄錠方法技術

一種高效多晶硅的鑄錠方法，含以下步驟：(1)在鑄錠爐兩側加熱器下方設置隔熱條；(2)將硅料和電活性摻雜劑裝入石英坩堝內，把石英坩堝送進鑄錠爐；(3)加熱使硅原料和電活性摻雜劑完全熔化；(4)長晶初期，調節加熱器溫度為1425～1440℃，并將隔熱底板迅速打開，調節隔熱底板的開度在1～8cm，沿坩堝底部縱向生長一層樹枝狀的晶體；(5)長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，以底部樹枝狀的晶體為籽晶，保持平直的固液界面，豎直向上定向凝固生成含有大量孿晶的多晶硅。采用本發明專利技術鑄錠方法制成的多晶硅片，電池效率比普通多晶硅要高0.4-0.6%，整錠硅片的平均電池效率達到17.5%，最大效率高達18%。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于太陽電池
，具體涉及。
技術介紹
鑄錠技術是太陽能行業的重要技術，其核心技術也在不斷發展升級中。第一代鑄錠技術采用硅液在坩堝或無坩堝條件進行，熱流從底部或側部流出，保持硅料逐漸凝固，其生長界面不可控，最終形成硅錠。第二代鑄錠技術是定向凝固鑄錠技術，主要通過控制固液界面溫度，使硅液界面平坦或者微凸，硅液對流強，以此保證晶體定向生長。高效多晶硅鑄錠制備技術可以說是第二代鑄錠技術的發展，通過更為理想的溫度梯度、界面形狀來控制硅晶體的形核與生長，獲得質量更好的多晶硅，及高效多晶硅。 仍然不景氣，但各家都投入巨大的力量研發高效多晶硅。高效多晶硅鑄錠的制備技術有很多種，有的依靠投入高質量的硅料(達到9N)制備的；有的通過對鑄錠爐熱場結構改造，控制硅片中的孿晶數量制備的；有的通過優化熱場和工藝，控制硅晶體中的缺陷制備的。目前，已經有幾家企業宣布了各自的高效多晶硅的相關產品。如今年5月賽維LDK高效多晶硅片M2發布會在上海世紀皇冠假日酒店舉行，其高效多晶硅片M2的晶粒較小，位錯等缺陷較少，制成的太陽能電池平均轉換率比用普通多晶硅片高O. 3%-0. 5%。2012年3月，保利協鑫能源宣布成功研發出高效多晶硅片“鑫多晶SI+”，“鑫多晶SI+”的生產采用了保利協鑫制備的電子級多晶硅料，具有碳、氧及金屬雜質濃度低、少子壽命高、摻雜分布均勻等特點。目前，鑄造多晶硅太陽能電池已經成為最主要的光伏材料。但是鑄造多晶硅中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質碳和氧，使電池的轉換效率略低于直拉單晶娃太陽能電池。聞效多晶娃鑄淀技術的出現，大幅提聞了多晶娃片的電池效率，直接降低了電池和組件的成本，必將成為新一代多晶硅鑄錠技術的發展方向。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，該鑄錠方法具有易操作，成本低，可規?；a等特點，并且采用本專利技術鑄錠方法制成的太陽電池，電池效率比普通多晶硅要高O. 4^0. 6%，整錠硅片的平均電池效率達到17. 5%，最大效率高達18% ；且具有普通多晶硅電池的光致衰減率，其值小于-I. 6%。本專利技術的上述技術問題是通過如下技術方案來實現的，含以下步驟(I)對普通鑄錠爐熱場結構進行改造，在鑄錠爐兩側加熱器下方的5(Γ300_范圍內設置隔熱條；(2)將硅料和電活性摻雜劑裝入石英坩堝內，把裝好料的石英坩堝送進鑄錠爐；(3)給加熱器供電進行加熱，使硅料和電活性摻雜劑熔化，完全熔化時坩堝底部溫度控制在140(Tl420°C ；(4)長晶初期，調節加熱器溫度為1425 1440°C，并將隔熱底板迅速打開，調節隔熱底板的開度在f 8cm，沿坩堝底部縱向生長一層樹枝狀的晶體；(5)長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，以底部樹枝狀的晶體為籽晶，并保持平直的固液界面，豎直向上定向凝固生成含有大量孿晶的多晶硅。本專利技術步驟⑴中所述隔熱條的高度優選為10(T250mm。本專利技術所述隔熱條的寬度優選為8(Tl20mm。本專利技術中的隔熱條可由碳氈等耐高溫材料制成。本專利技術步驟(I)中在側邊加熱器下方設置的隔熱條，緊靠在隔熱籠側壁的保溫材 料上，不影響進料和出錠等操作。本專利技術步驟⑵中所述電活性摻雜劑優選為硼、磷或鎵，經摻雜后硅錠的目標電阻率范圍優選為I. 5^2. 5 Ω · Cm。本專利技術步驟(3)中完全熔化時加熱器溫度優選為1540°C 1560°C。本專利技術步驟(3)中硅料和電活性摻雜劑熔化時，需將隔熱底板關閉，直至原料全部熔化。本專利技術步驟(5)中將隔熱底板以平均8mm/h的速度打開。本專利技術步驟(5)中生成含有大量孿晶的多晶硅切片后，硅片中的孿晶面積占整個硅片面積的80%以上。本專利技術具有如下優點(I)本專利技術提供的高效多晶硅的制備方法，采用特別的孿晶生長控制技術，通過對普通鑄錠爐熱場結構的簡單改造，并對普通多晶工藝進行優化如長晶初期，調節加熱器溫度為1425 1440°C，并將隔熱底板迅速打開，調節隔熱底板的開度在f 8cm，沿坩堝底部縱向生長一層樹枝狀的晶體，然后以這一層樹枝晶為籽晶，豎直向上定向生長成晶體硅；(2)采用本專利技術方法鑄錠出來的高效率的多晶硅，具有易操作，成本低，可規模化生廣等優點；(3)采用本專利技術鑄錠方法制備的多晶硅中含有大量的孿晶，由于孿晶的界面能很低，相對比較穩定等優點，其電池效率比普通多晶硅要高O. 4^0. 6%，整錠硅片的平均電池效率達到17. 5%，最大效率高達18% ;且具有普通多晶硅電池的光致衰減率，其值小于-I. 6%。附圖說明圖I是實施例I中提到的改造后(A圖)和改造如(B圖)的鑄淀爐不意圖；其中，I、加熱器；2、保溫層；3、坩堝石墨護板；4、坩堝；5、隔熱條；6、DS (熱交換)塊；7、隔熱底板；圖2是實施例I中制備的多晶硅片的端面腐蝕后的底部5mm內硅片中的樹枝晶的宏觀圖片；圖3是實施例I中制備的多晶硅片的中部硅片中含有的大量孿晶；圖4是實施例I中制備的高效多晶硅電池片的效率分布圖；圖5是實施例I中制備的高效多晶硅電池片的衰減數據。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術作進一步的說明。實施例I本實施例提供的聞效多晶娃的鑄淀方法，含以下步驟(I)在普通鑄錠爐的兩側加熱器下方5(T200mm范圍內位置支撐固定厚為150mm，寬度為80_的碳租,碳租緊靠側壁絕熱材料；(2)將硅原料和硼-硅合金裝入坩堝，共計約480kg，目標電阻率為I. 5 Ω · cm ；(3)將裝好硅料的坩堝放入鑄錠爐中，抽真空并加熱，控制加熱器使爐內溫度逐步升高到1540°C，當硅原料和電活性摻雜劑熔化完全時，坩堝底部溫度為1400°C ；(4)熔化后跳入長晶，長晶初期，快速將溫度由1540°C降到1425°C，同時快速打開底部隔熱底板至1cm，使硅晶體先從坩堝底部縱向生長，形成一層樹枝狀的晶體；(5)長晶中后期，以平均約1°C /h的降溫速度控制加熱器溫度，同時將隔熱底板以·平均8mm/h的速度打開，硅晶體將以這一層縱向的樹枝晶為籽晶，垂直向上實現定向生長，經退火、冷卻后得到多晶硅錠。獲得的硅錠經過開方后成為25個硅方，硅方再經過切段、去頭尾、研磨、倒角、切片等環節得到多晶硅片。取不同高度的硅片進行腐蝕，發現位于硅錠底部5_內的硅片含有明顯的樹枝晶，如圖2所以；硅錠中部的硅片含有大量的孿晶和孿晶界，孿晶面積占硅片整體面積的80%以上，硅片端面腐蝕后的宏觀圖片如圖3所示。把這種硅片制作成電池片，測得其平均效率達到17. 5%以上，最高效率達18%，其效率分布圖如圖4所示，取不同檔位的電池片進行衰減測試，測試條件為在lOOOw/m2的光照條件下照射5h，測試結果顯示光致衰減都< -I. 6%，達到多晶硅電池片的衰減要求，衰減數據如附圖5所示。實施例2本實施例提供的聞效多晶娃的鑄淀方法，含以下步驟(I)在普通鑄錠爐加熱器下方5(T250mm范圍內位置支撐固定厚為200mm，寬度為90mm的碳租,碳租緊靠側壁絕熱材料；(2)將硅原料和硼-硅合金裝入坩堝，共計約480kg，目標電阻率為I. 7 Ω · cm ；(3)將裝好硅料的坩堝放入鑄錠爐中，抽真空并加熱，控制加熱器使爐內溫度逐步升高到1540°C，當硅原料和電活性摻雜劑熔化完全時，坩堝底部溫度為1405°C ;(4)熔化后跳入長晶，長晶初期，快本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效多晶硅的鑄錠方法，其特征是含以下步驟：(1)對普通鑄錠爐熱場結構進行改造，在鑄錠爐兩側加熱器下方50~300mm范圍內設置隔熱條；(2)將硅料和電活性摻雜劑裝入石英坩堝內，把裝好料的石英坩堝送進鑄錠爐；(3)給加熱器供電進行加熱，使硅料和電活性摻雜劑熔化，完全熔化時坩堝底部溫度控制在1400~1420℃；(4)長晶初期，調節加熱器溫度為1425~1440℃，并將隔熱底板迅速打開，調節隔熱底板的開度在1~8cm，沿坩堝底部縱向生長一層樹枝狀的晶體；(5)長晶中后期，控制固液相的溫度梯度，以底部樹枝狀的晶體為籽晶，并保持平直的固液界面，豎直向上定向凝固生成含有大量孿晶的多晶硅。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃新明，鐘根香，明亮，
申請(專利權)人：東海晶澳太陽能科技有限公司，南京工業大學，
類型：發明
國別省市：