硅錠的鑄造方法技術

本發明專利技術公開了一種硅錠的鑄造方法，包括步驟：在坩堝中進行裝料，底層原料包括多晶硅粉、中間層原料由單晶硅片拼接而成、上層原料為多晶硅料；將坩堝置于鑄錠爐中并抽真空，將多晶硅粉燒結使單晶硅片固定；控制爐內的垂直溫度梯度，使單晶硅片的上部部分熔化、并使多晶硅料熔化；控制爐內的垂直溫度梯度，使晶粒沿著未熔化的單晶硅片向上生長并得到硅錠。本發明專利技術能提高硅錠的晶粒尺寸、提高由硅錠制成的硅電池片的光電轉換效率，能降低生產成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光伏產品制造領域，特別是涉及一種。
技術介紹
太陽能電池的主要原料為硅晶體，包括單晶硅和多晶硅。單晶硅主要采用直拉法制備，其特點是晶體結構完整，晶體缺陷數量低，制備的硅電池光電轉換效率高。但是采用該方法制備的硅電池成本較高，生產效率較低。由于其生產技術特點，直拉法生產的單晶硅錠呈圓柱形，在切割成方形電池片的過程中，材料的利用率較低。多晶硅一般采用定向凝固的方法制備，采用方形坩堝，生產效率高，材料利用率高。其缺點是生產出的硅晶體含大量的晶界、位錯等缺陷，導致其制備的硅電池光晶轉換效·率明顯低于單晶硅電池。采用鑄造的方法生產出單晶硅電池是一種很有效的解決硅電池成本與轉換效率之間的矛盾的方法。美國專利US20070169684和中國專利2010101981425都公開了一種利用坩堝底部放置籽晶即單晶硅誘導液態硅結晶成單晶硅的方法，具有較廣闊的應用前景。但是由于固態硅的密度低于液態硅，放置于坩堝底部的固態硅在與液態硅接觸潤濕后，可能會發生上浮，導致誘導長晶失敗。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種，能提高硅錠的晶粒尺寸、提高由娃錠制成的娃電池片的光電轉換效率，能降低生產成本。為解決上述技術問題，本專利技術提供的，包含以下幾個步驟步驟一、在坩堝中進行裝料首先、在坩堝的底部表面鋪設底層原料，所述底層原料包括多晶硅粉；其次、在所述底層原料上鋪設中間層原料，所述中間層原料由多塊單晶硅片拼接而成；再次、在所述中間層原料上填充上層原料，所述上層原料由多晶硅料組成；所述多晶硅料經過提純并且根據將要形成的硅錠的目標電阻率添加了摻雜劑。步驟二、將裝料后的所述坩堝置于鑄錠爐中、并對所述鑄錠爐抽真空；對所述坩堝的底部進行加熱并到達一定溫度，該溫度使所述坩堝底部的所述多晶硅粉燒結、并形成燒結層；所述燒結層上面與所述單晶硅片粘結、所述燒結層的下面與所述坩堝底部粘結，從而固定住所述單晶硅片。步驟三、保持所述底層原料的所述多晶硅粉為固態，使所述單晶硅片的上部部分熔化，并使所述上層原料的所述多晶硅料熔化。步驟四、控制所述鑄錠爐的爐內的垂直溫度梯度，使晶粒沿著未熔化的所述單晶硅片向上生長，最后得到與所述單晶硅片相同尺寸的硅錠。進一步的改進是，步驟一中所述多晶硅粉的粒度為500目 5000目，所述底層原料的厚度為O. I毫米 5毫米。進一步的改進是，步驟一所述底層原料還包括添加劑粉，所述添加劑粉為硅溶膠，或所述添加劑粉為氟硅酸和二氧化硅的混合物，所述添加劑粉的粒度為1000目 20000目、純度為99. 999%以上。進一步的改進是，步驟一中所述單晶硅片為從單晶硅棒上截取形成的，所述單晶硅片的尺寸為6寸、8寸或12寸，所述單晶硅片的厚度為5毫米 30毫米。進一步的改進是，步驟二中所述抽真空的真空度為KT1Pa IO5Pa,對所述坩堝底部的所述多晶硅粉進行燒結的溫度為1380°C 1405°C。進一步的改進是，步驟三中對所述單晶硅片進行加熱的溫度為1380°C 1415°C，所述單晶硅片的上部熔化的部分的厚度為所述單晶硅片的熔化前的總厚度的10 90%。本專利技術的有益效果為 I、本專利技術方法通過在坩堝底部形成一燒結層將作為籽晶的單晶硅片固定住，使晶粒生長過程中單晶硅片不上浮，能夠消除現有鑄造方法形成硅錠的長晶過程中單晶硅片會上浮而使長晶失敗的缺陷，從而能夠采用鑄造的方法制備出由超大晶粒組成的硅錠，使晶粒的尺寸大大增加。2、本專利技術所述添加劑粉在坩堝底部受熱過程中有利于底層原料的燒結，從而更有效的固定作為籽晶的單晶硅片。3、由于硅錠的晶粒增大且硅錠中的多晶硅得到減少，將硅錠按采用的籽晶即單晶硅片尺寸切方制成硅電池片，能得到接近或完全的單晶硅電池片，最后制成的硅電池片的光電轉換效率可達到平均17. 5% 18%，比現有采用定向凝固的方法形成的多晶硅電池片提高I 2%，等同于采用現有直拉法形成的單晶硅電池片的效率。4、本專利技術方法的生產成本與現有采用定向凝固的方法制備多晶硅電池片的成本接近，但要大大低于采用現有直拉法形成的單晶硅電池片的成本。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明圖I是本專利技術實施例方法的流程圖；圖2是本專利技術實施例方法的步驟一中在坩堝中裝料后的坩堝示意圖；圖3是本專利技術實施例方法的步驟一中在坩堝中裝料后的中間層的拼接圖。具體實施例方式如圖I所示，是本專利技術實施例方法的流程圖，本專利技術實施例包含以下幾個步驟步驟一、如圖2所示，在坩堝100中進行裝料首先、在坩堝100的底部表面鋪設底層原料101，所述底層原料101包括純凈的多晶硅粉和添加劑粉。所述多晶硅粉的粒度為500目 5000目，所述底層原料101的厚度為O.I毫米 5毫米。所述添加劑粉為硅溶膠，或所述添加劑粉為氟硅酸和二氧化硅的混合物，所述添加劑粉的粒度為1000目 20000目、純度為99. 999%以上。其次、在所述底層原料101上鋪設中間層原料102，所述中間層原料102由多塊單晶硅片102a拼接而成，如圖3所示，為本專利技術實施例方法的中間層原料102的多塊所述單晶硅片102a的拼接圖。所述單晶硅片102a為從單晶硅棒上截取形成的，所述單晶硅片102a的尺寸選用現有市面上常見的單晶硅電池片的尺寸如6寸、8寸或12寸等，所述單晶硅片102a的厚度為5毫米 30毫米。再次、在所述中間層原料102上填充上層原料103，所述上層原料103由多晶硅料組成；所述多晶硅料經過提純并且根據將要形成的硅錠的目標電阻率添加了摻雜劑。步驟二、將裝料后的所述坩堝100置于鑄錠爐中、并對所述鑄錠爐抽真空，所述抽真空達到的真空度為KT1Pa 105Pa。對所述坩堝100的底部進行加熱并到達一定溫度，該溫度為1380°C 1405°C、能使所述坩堝100底部的所述多晶硅粉燒結、并形成燒結層；所述燒結層上面與所述單晶硅片102a粘結、所述燒結層的下面與所述坩堝100底部粘結，從而固定住所述單晶硅片102a。所述添加劑粉在所述坩堝100的底部受熱過程中有利于所述多晶硅粉的燒結。步驟三、控制所述鑄錠爐的爐內的垂直溫度梯度，保持所述底層原料101的所述多晶硅粉為固態，使所述單晶硅片的上部部分熔化，并使所述上層原料的所述多晶硅料熔 化。所述鑄錠爐的爐內的對所述單晶硅片102a進行加熱的溫度為1380°C 1415°C，加熱使所述單晶硅片102a的上部部分熔化、且所述單晶硅片102a的上部熔化的部分的厚度為所述單晶硅片102a的熔化前的總厚度的10 90%。步驟四、控制所述鑄錠爐的爐內的垂直溫度梯度，使晶粒沿著未熔化的所述單晶硅片102a向上生長，最后得到與所述單晶硅片102a相同尺寸的硅錠。本專利技術第一較佳實施例本專利技術第一較佳實施例包含以下幾個步驟步驟一、如圖2所示，在坩堝100中進行裝料，所述坩堝100采用市售內徑為840X840X420毫米的坩堝，裝料步驟為首先、在坩堝100的底部表面鋪設底層原料101，所述底層原料101包括多晶硅粉。所述多晶硅粉的粒度為500目，所述底層原料101的厚度為2毫米。其次、在所述底層原料101上鋪設中間層原料102，所述中間層原料102由多塊單晶硅片102a拼接而成。所述單晶硅片102a為從單晶硅棒上截取形成的，所述單晶硅片102a的尺寸選用6寸，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅錠的鑄造方法，其特征在于，包含以下幾個步驟：步驟一、在坩堝中進行裝料：首先、在坩堝的底部表面鋪設底層原料，所述底層原料包括多晶硅粉；其次、在所述底層原料上鋪設中間層原料，所述中間層原料由多塊單晶硅片拼接而成；再次、在所述中間層原料上填充上層原料，所述上層原料由多晶硅料組成；所述多晶硅料經過提純并且根據將要形成的硅錠的目標電阻率添加了摻雜劑；步驟二、將裝料后的所述坩堝置于鑄錠爐中、并對所述鑄錠爐抽真空；對所述坩堝的底部進行加熱并到達一定溫度，該溫度使所述坩堝底部的所述多晶硅粉燒結、并形成燒結層；所述燒結層上面與所述單晶硅片粘結、所述燒結層的下面與所述坩堝底部粘結，從而固定住所述單晶硅片；步驟三、控制所述鑄錠爐的爐內的垂直溫度梯度，保持所述底層原料的所述多晶硅粉為固態，使所述單晶硅片的上部部分熔化，并使所述上層原料的所述多晶硅料熔化；步驟四、控制所述鑄錠爐的爐內的垂直溫度梯度，使晶粒沿著未熔化的所述單晶硅片向上生長，最后得到與所述單晶硅片相同尺寸的硅錠。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：史珺，孫文彬，
申請(專利權)人：上海普羅新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：