一種單晶矽鑄錠裝料方法
2023-06-11 21:13:46 1
專利名稱：一種單晶矽鑄錠裝料方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池製作エ藝技術領域，更具體地說，涉及一種單晶矽鑄錠裝料方法。
背景技術：
在能源危機日益嚴重的今天，開發利用新能源是當今能源領域發展的主要方向。太陽能由於其無汙染、取之不竭、無地域性限制等優點，使太陽能發電成為現在新能源開發利用的主要研究方向。而太陽能電池是人們利用太陽能發電ー種主要形式。其中，單晶矽是製造太陽能電池的主要材料，單晶矽通常是用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀
單晶娃。單晶矽鑄錠エ藝是在單晶爐的石英坩堝中進行，將矽料裝入石英坩堝後通過加 熱、熔化、結晶、冷卻等エ藝過程完成單晶矽的鑄錠過程。為了提高生產效率，降低生產成本，要儘可能的裝入比較多的矽料，以便在一次鑄錠生產時，生產較多的單晶矽錠。在矽料熔化之前，矽料會受熱膨脹，坩堝內矽料體積會増大，矽料高度會上升；在矽料熔化階段，矽料矽有固態變為液態，體積減小，進而會導致坩堝內矽料體積減小，矽料高度下降。在此過程中，坩堝內矽料會發生塌料，即由於矽料體積的變化導致坩堝內矽料突然塌縮的現象。參考圖I，現有技術在進行單晶娃鑄澱時，向位於石墨i甘禍I內的石英i甘禍2中直接堆放矽料3。其中，加熱器4在鑄錠過程中用於加熱熔化矽料，導流筒5用於減少單晶爐體內上部空間惰性環境氣體的渦流，減少S i0在單晶爐體上部的沉積。在進行裝料時，將大型矽料和小型矽料按照一定的比例(一般為9:1)混合後直接填放入坩堝。現有技術在裝料時僅是簡單的將大型矽料和小型矽料按照一定比例混合後裝入坩堝，在裝料過程中需要比較多的小型矽料，而小型矽料價格較貴，造成生產成本比較高，且簡單的填放矽料，矽料之間縫隙較大，在矽料熔化後發生塌料現象時由於矽料之間的間隙較大易發生濺料(矽料濺射到坩堝之外)。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供一種單晶爐鑄錠裝料方法，該方法降低了生產成本，同時避免了矽料熔化時濺料問題的發生。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種單晶爐鑄錠裝料方法，該方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1_-3_之間的矽料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形矽料構成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的矽料之間縫隙以及第ニ混合層的矽料之間縫隙通過流化床和/或小塊矽料填充；所述流化床為尺寸在之間的矽料；所述小塊矽料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。優選的，上述方法中，所述大塊娃料和棒形娃料的含量為35%_45%。優選的，上述方法中，第一混合層的鋪設方式為
將所述棒形矽料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸，然後使用中塊矽料以及碎多晶棒形矽料填充所述棒形矽料與坩堝壁、所述棒形矽料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區域。優選的，上述方法中，所述第二混合層在距坩堝ロ 60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。優選的，上述方法中，通過流化床和/或小塊矽料填充所述第一混合層以及第ニ混合層兩層之間縫隙。優選的，上述方法中，所述流化床層中流化床的含量為5%_10%。從上述技術方案可以看出，本發明所提供的單晶爐鑄錠裝料方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在之間的矽料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形矽料構成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的矽料之間縫隙以及第ニ混合層的矽料之間縫隙通過流化床和/或小塊矽料填充；所述流化床為尺寸在之間的矽料；所述小塊矽料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm ;所述大塊娃料和棒形矽料的含量為35%-45%。通過上述可知，本發明技術方案中所述單晶爐鑄錠裝料方法在進行單晶爐鑄錠裝料吋，按照矽料的尺寸及類型將矽料分為流化床、小塊矽料、中塊矽料、大塊矽料以及棒形矽料，並按照所述層次結構及方法逐層進行裝料，在増加大型矽料(大塊矽料和棒形矽料)裝料量的同時，保證了矽料填放密集且具有層次，從而降低了生產成本，並避免了在塌料時濺料問題的發生。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為採用現有的單晶爐鑄錠裝料方法裝料後的盛料裝置結構示意圖；圖2為本發明所述單晶爐鑄錠裝料方法的流程示意圖；圖3為採用本發明所述單晶爐鑄錠裝料方法裝料後的盛料裝置結構示意圖。
具體實施例方式正如背景技術部分所述，現有的單晶矽鑄錠裝料方法僅是簡單的將矽料分為大型矽料和小型矽料，將矽料安裝一定的比例混合和後直接填放如坩堝。矽料之間的縫隙較大，在矽料熔化塌料時易發生濺射現象，使得矽料濺出坩堝造成原料的浪費，同時濺射出的矽料在坩堝外熔化易汙染腐蝕單晶爐內其他部件；同時，現有的裝料方法為了增加裝料量，在裝料時採用較多的小型矽料(大型矽料和小型矽料的比例在9:1左右)，但是小型矽料的價格較為昂貴，從而增加了生產成本。發明人研究發現，將矽料按照其尺寸及類型將矽料進行區分，並按照一定的層次進行裝料，可以增加坩堝的裝料總量，同時降低了小型矽料的使用，降低了生產成本；同時由於矽料更具有規律和層次性，在矽料熔化發生塌料吋，矽料是從坩堝底部開始逐層塌縮的，分散了矽料塌料時的落差，避免了矽料融化塌料時濺料問題的發生。基於上述研究，本發明提供了一種單晶矽鑄錠裝料方法，該方法包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1_-3_之間的矽料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形矽料構成的第一混合層；·在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的矽料之間縫隙以及第ニ混合層的矽料之間縫隙通過流化床和/或小塊矽料填充；所述流化床為尺寸在之間的矽料；所述小塊矽料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm ;所述大塊娃料和棒形矽料的含量為35%-45%。本發明實施所述技術方案按照矽料的尺寸及類型將矽料分為流化床、小塊矽料、中塊矽料、大塊矽料以及棒形矽料，並按照所述層次結構及方法逐層進行裝料。使得矽料之間縫隙更小，増加了裝料量，且增加了大型矽料的使用量，降低了生產成本；同吋，由於矽料更具有規律和層次性，在矽料熔化發生塌料吋，矽料是從坩堝底部開始逐層塌縮的，分散了矽料塌料時的落差，避免了矽料融化塌料時濺料問題的發生。以上是本申請的核心思想，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示裝置件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及高度的三維空間尺寸。本發明實施例提供了一種單晶矽鑄錠的裝料方法，參考圖2，所述方法包括步驟Sll :在坩堝底部平鋪流化床層。優選的，所述流化床層的矽料所佔整個坩堝裝料量的5%_10%，大約為15kg。通過鋪設所述化床層，可以避免上部大尺寸矽料在熔化時無法及時熔化在塌料時直接與坩堝底部接觸砸破坩堝造成矽液溢流問題的發生，起到一個緩衝作用。同時所述流化床體積小較易熔化，且其位於坩堝底部，而坩堝底部相對於坩堝上部空間熱量不易散失，更有益有益於底部矽料的熔化。即當裝料完成進行熔料時，坩堝底部的流化床可以叫較短時間內熔化為整個坩堝內的矽料提供ー個熔融的母液加速坩堝內矽料的熔化，能夠提高生產效率。所以，在坩堝底部首先鋪設流化床層。其中，所述流化床為尺寸在之間的娃料。步驟S12 :在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形娃料構成的第一混合層。首先，將所述棒形矽料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸。然後，使用中塊矽料以及碎多晶棒形矽料填充所述棒形矽料與坩堝壁、所述棒形矽料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區域。
優選的，為了增加裝料料量，同時減小矽料間縫隙，避免矽料熔化時發生較大落差，通過流化床和/或尺寸為10mm-20mm的小塊娃料填充所述第一混合層娃料之間的縫隙。其中，所述棒形矽料為單晶矽或是多晶矽切片後剩餘的角料，其尺寸相對較大，不易熔化，故將其鋪設與流化床層上，當坩堝底部流化床熔化後可使得其快速熔化。其中，所述中塊娃料尺寸在30mm-50mm之間的娃料。步驟S13 :在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合 層。具體的，可現在所述第一混合層上鋪設一定量的流化床和/或小塊矽料填，之後再鋪設所述第二混合層。當第二混合層鋪設至距坩堝ロ 60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。現有的裝料方法為了保證其裝料量，在距坩堝ロ 30mm-40mm處才以圓錐狀收起堆放。相對於現有的裝料方法，本發明所述方法裝料更加規律有層次，在増加裝料量的同時，降低了矽料堆放起始位置距坩堝ロ的距離，避免了在塌料時矽料濺射或是滾落至坩堝外，從而避免了矽料的浪費以及由於矽料在坩堝外部熔化造成的汙染。同樣，為了增加裝料料量，減小矽料間縫隙，可通過流化床和/或小塊矽料填充所述第二混合層矽料之間的縫隙。其中，所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。在加熱時，加熱器通過石墨坩堝控制熱場均勻分布對整個石英坩堝側壁進行加熱，而現有技術在進行裝料時只是簡單的將大型矽料和小型矽料混合均勻後裝入石英坩堝內，矽料分布如圖I所示，石英坩堝內部整體大小矽料的組分相同，可視為是整體同步熔化，矽料塌縮是坩堝內部所有矽料整體塌縮，同時由於其內部矽料之間間隙大，造成矽料塌縮時落差較大，極易發生濺料以及矽料滾落至石英坩堝外部。參考圖3，按照本發明所述裝料方法裝料，將矽料在石英坩堝2內依次填放，從下至上依次為流化床層6、第一混合層7和第二混合層，其中第二混合層包括平鋪與所述第一混合層7上方的底部8以及圓錐狀收起堆放的頂部9。即採用本發明所述裝料方法在裝料完成後，矽料是逐層的分布於石英坩堝內部，加熱器4在對石英坩堝2進行加熱時，各層矽料的熔化速度並不相同，石英坩堝底部的矽料體積最小的流化床層最先熔化，向上逐層熔化程度逐漸減弱，所以在塌料時，矽料是逐層開始塌縮的，相對於現有裝料方法的整體塌縮，分散了塌縮落差，進而避免了矽料塌縮時濺料以及矽料滾落石英坩堝外部問題的發生。其中，導流筒5用於減少單晶爐體內上部空間惰性環境氣體的渦流，減少S i0在單晶爐體上部的沉積；圖中所示虛線為所述第二混合層的底部8與頂部9的分界線，所述分界線與坩堝ロ的水平高度為收起高度h，所述分界線是為了便於圖示說明，實際裝料中並不存在所述分界線。現有的裝料方法進行裝料時大型矽料與小型矽料的質量百分比為1:9，即採用較多的小型矽料來増加裝料量。但是，小型矽料的價格相對於大型矽料要高15%左右，採用粉碎大型矽料的方式易造成嚴重的粉塵汙染，且成本交過，不適合生產應用。而本發明所述技術方案通過將矽料按照其尺寸及類型分類後分層次的裝入坩堝，裝料更加有規律性，增加了裝料量，如可將24寸的坩堝的裝料量從目前的150kg提升至180kg左右，裝料量提高20%左右。而且增加了大型矽料(所述大型矽料包括大塊矽料與棒形矽料)的百分比，使其含量增加至35%-45%，即將大型矽料與小型矽料(所述小型矽料包括流化床、小塊矽料、中塊矽料)的配比4:6左右，降低了小型矽料的使用量，從而降低了生產成本，。而且，現有的裝料方法在進行裝料時在距坩堝ロ 30mm-40mm處開始向上收起堆放，而30mm-40_的收起高度較小在塌料時易造成頂部娃料滾落或派射出;t甘禍,造成娃料的浪費以及坩堝外部器件的汙染；而本發明技術方案可以大大増加裝料量，可將所述收起 高度h從現有的30mm-40mm增大至60mm-80mm,避免娃料滾落或派射出；t甘禍。同時，由於增大了收起高度，故降低了坩堝內矽料的裝料高度，避免了矽料與坩堝外石墨器件近距離接觸以及與外部環境氣體的大面積接觸，從而降低了熔料時引入C、O元素的含量，並將產品單晶矽內的c、0元素的含量控制在3ppm以內，避免了因為單晶矽內C、O元素含量過高導致太陽能電池後期製作中電池片崩邊、彎曲、翹皮以及效片數量較高等問題。綜上所述，採用本發明技術方案所述裝料方法，能夠增加裝料量，避免塌料時矽料滾輪或是濺射出坩堝，同時能夠降低單晶矽內C、O元素的含量，而且增加了大型矽料的用量,降低了生產成本。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種單晶爐鑄錠裝料方法，其特徵在於，包括 在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在之間的矽料； 在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形矽料構成的第一混合層； 在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放； 其中，所述第一混合層的矽料之間縫隙以及第二混合層的矽料之間縫隙通過流化床和/或小塊矽料填充；所述流化床為尺寸在之間的矽料；所述小塊矽料尺寸為10mm-20mm ;所述中塊娃料尺寸為30mm-50mm ;所述大塊娃料尺寸為50mm-75mm。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述大塊矽料和棒形矽料的含量為35% -45% o
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，第一混合層的鋪設方式為 將所述棒形矽料呈多邊形擺放在所述流化床層上方且與坩堝壁不接觸，然後使用中塊矽料以及碎多晶棒形矽料填充所述棒形矽料與坩堝壁、所述棒形矽料之間的間隙以及所述多邊形所包圍區域。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述第二混合層在距坩堝口60mm-80mm處以圓錐狀收起堆放。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，通過流化床和/或小塊矽料填充所述第一混合層以及第二混合層兩層之間縫隙。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述流化床層中流化床的含量為5% -10%。
全文摘要
本發明公開了一種單晶矽鑄錠裝料方法，包括在坩堝底部平鋪流化床層，所述流化床為尺寸在1mm-3mm之間的矽料；在所述流化床層與坩堝液位線之間鋪設由棒形矽料、中塊矽料以及碎多晶棒形矽料構成的第一混合層；在所述第一混合層上鋪設由大塊矽料以及中塊矽料構成的第二混合層，所述第二混合層上部以圓錐狀堆放；其中，所述第一混合層的矽料之間縫隙以及第二混合層的矽料之間縫隙通過流化床和/或小塊矽料填充；所述流化床為尺寸在1mm-3mm之間的矽料；所述小塊矽料尺寸為10mm-20mm；所述中塊矽料尺寸為30mm-50mm；所述大塊矽料尺寸為50mm-75mm。該方法降低了生產成本，且避免了矽料熔化時濺料問題的發生。
文檔編號C30B29/06GK102732945SQ201210109230
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者史記全, 司佳勇, 吳博娜 申請人:英利能源(中國)有限公司