一種高效鑄錠的誘導長晶工藝的製作方法

2023-07-16 06:24:51

一種高效鑄錠的誘導長晶工藝的製作方法
【專利摘要】本發明屬於多晶矽鑄錠領域，特別涉及一種高效鑄錠的誘導長晶工藝。包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶矽矽料，單晶矽矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽矽料緊密排布；方形石英坩堝內壁貼壁放置平滑的方形多晶矽矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證方形多晶矽矽料之間沒有間隙；在其餘位置填充多晶矽碎料，最後上層放置方形多晶矽矽料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶矽矽料的溫度低於1380℃。採用該工藝方法，通過半圓柱形單晶矽矽料誘導晶體長晶從而實現高效鑄錠，使光電轉換效率提高0.1%，節約生產成本5%以上。
【專利說明】一種高效鑄錠的誘導長晶工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬於多晶矽鑄錠領域，特別涉及一種高效鑄錠的誘導長晶工藝。
【背景技術】
[0002]多晶矽是單質矽的一種形態，熔融的單質矽在過冷條件下凝固時，矽原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，這些晶粒接合起來便形成多晶矽。在太陽能光伏工業中生產太陽能光伏產品的工藝包括多晶矽鑄錠、切割成片、製成電池片和封裝為太陽能組件，可見多晶矽鑄錠是太陽能光伏工業的重要組成部分，是生產太陽能光伏產品的首個環節。
[0003]目前，鑄錠生產中，主要採用普通的多晶矽矽料全熔工藝和鋪設籽晶的方法來誘導長晶。第一種方法沒有誘導晶體的生長方向，不能得到晶體生長方向一致的柱狀晶，使得多晶矽鑄錠晶體生長方向雜亂，從而影響鑄錠質量，降低所得到的電池片的光電轉化效率；第二種方法雖然能夠誘導長晶，但是成本較高，而且降低了矽錠的出成率。

【發明內容】

[0004]本發明克服上述不足問題，提供一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶矽矽料，單晶矽矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽矽料緊密排布；方形石英坩堝內壁貼壁放置平滑的方形多晶矽矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證方形多晶矽矽料之間沒有間隙；在其餘位置填 充多晶矽碎料，最後上層放置方形多晶矽矽料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶矽矽料的溫度低於1380°C。
[0005]優選方案如下:
[0006]單晶娃娃料的半徑為0.5~3cm,長度為I~4cm。
[0007]在裝料過程中，在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶矽矽料，單晶矽矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽矽料緊密排布，單晶矽的誘導長晶效果優於多晶矽誘導矽料長晶效果；由於晶體生長是在初始形核的基礎上，本發明中採用的是半圓柱狀的單晶矽矽料，底部不熔的單晶矽相當於初始形核，後期晶體生長方向會沿著初始形核的方向繼續生長，並且相鄰晶粒間相互作用，從而促使其垂直生長；方形石英坩堝內壁貼壁放置平滑的方形多晶矽矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證方形多晶矽矽料之間沒有間隙，以防止其餘位置填充的多晶矽碎料劃傷石英坩堝塗層而造成粘堝現象；在其餘位置填充的多晶矽碎料，是普通鑄錠工藝生產中使用的多晶矽碎料，節約成本；最後上層放置方形多晶矽矽料，目的是防止頂部多晶矽矽料熔化過快而造成矽料溢流，保證生產安全。
[0008]在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶矽矽料的溫度低於1380°C，目的是為了防止由於溫度過高而導致底部單晶矽矽料熔化，同時又防止單晶矽矽料漂浮於多晶矽熔液表面。
[0009]本發明優點:採用該工藝方法，通過半圓柱形單晶矽矽料誘導晶體長晶從而實現高效鑄錠，使光電轉換效率提高0.1%，節約生產成本5%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為多晶矽鑄錠時石英坩堝裝料示意圖。
[0011]圖中，1、頂部方形多晶矽，2、方形石英坩堝，3、側部方形多晶矽，4、多晶矽碎料，5、
單晶娃。
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體實施例及附圖詳細說明本發明，但本發明並不局限於具體實施例。
[0013]實施例1:
[0014]半圓柱形單晶娃5的半徑為0.5cm,長度為1cm。
[0015]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶矽5矽料，單晶矽5矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽5矽料緊密排布；方形石英坩堝2內壁貼壁放置平滑的側部方形多晶矽3矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證側部方形多晶矽3矽料之間沒有間隙；在其餘位置填充多晶矽碎料4，最後上層放置頂部方形多晶娃I娃料。
[0016]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐後對爐體抽真空至0.7Pa。
[0017]加熱熔化:向爐體內通入氬氣作為保護氣，使爐內壓強保持在40kPa，使方形石英坩堝2內溫度在6h內快速達到 1550°C。在熔化階段，爐內壓強保持在40kPa，在1550°C範圍內保溫IOh直到多晶矽矽料4完全熔化。在此過程中，底部單晶矽5的溫度要始終低於1380 O。
[0018]誘導長晶:爐體內溫度從1550°C經過0.5h降低到1425°C後，開始長晶。在長晶過程中，溫度在22h內會由1425°C降低到1410°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在50kPa。
[0019]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1330°C溫度下，保持2h，使得晶錠快速實現溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在50kPa。在冷卻階段，壓強保持在90kPa，自然冷卻時間為llh，當溫度降低到400°C後取出矽錠。
[0020]實施例2:
[0021]半圓柱形單晶娃5的半徑為3cm,長度為4cm。
[0022]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶矽5矽料，單晶矽5矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽5矽料緊密排布；方形石英坩堝2內壁貼壁放置平滑的側部方形多晶矽3矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證側部方形多晶矽3矽料之間沒有間隙；在其餘位置填充多晶矽碎料4，最後上層放置頂部方形多晶娃I娃料。
[0023]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐後對爐體抽真空至1.0Pa0
[0024]加熱熔化:向爐體內通入氬氣作為保護氣，使爐內壓強保持在60kPa，使方形石英坩堝2內溫度在8h內快速達到1560°C。在熔化階段，爐內壓強保持在60kPa，在1560°C範圍內保溫13h直到多晶矽矽料4完全熔化。在此過程中，底部單晶矽5的溫度要始終低於1380 O。[0025]誘導長晶:爐體內溫度從1560°C經過Ih降低到1430°C後，開始長晶。在長晶過程中，溫度在24h內會由1430°C降低到1415°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在70kPa。
[0026]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1380°C溫度下，保持3h，使得晶錠快速實現溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在70kPa。在冷卻階段，壓強保持在lOOkPa，自然冷卻時間為12h，當溫度降低到400°C後取出矽錠。
[0027]實施例3:
[0028]半圓柱形單晶娃5的半徑為2cm,長度為3cm。
[0029]裝料:進行鑄錠工藝時，對方形石英坩堝2內裝料，首先在方形石英坩堝2底部鋪平鋪一層半圓柱狀的單晶矽5矽料，單晶矽5矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽5矽料緊密排布；方形石英坩堝2內壁貼壁放置平滑的側部方形多晶矽3矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證側部方形多晶矽3矽料之間沒有間隙；在其餘位置填充多晶矽碎料4，最後上層放置頂部方形多晶娃I娃料。[0030]抽真空:將裝料的方形石英坩堝2放入鑄錠爐後對爐體抽真空至0.9Pa。
[0031]加熱熔化:向爐體內通入氬氣作為保護氣，使爐內壓強保持在50kPa，使方形石英坩堝2內溫度在7h內快速達到1555°C。在熔化階段，爐內壓強保持在50kPa，在1555°C範圍內保溫12h直到多晶矽矽料4完全熔化。在此過程中，底部單晶矽5的溫度要始終低於1380 O。
[0032]誘導長晶:爐體內溫度從1555°C經過0.Sh降低到1427°C後，開始長晶。在長晶過程中，溫度在23h內會由1427°C降低到1413°C，完成整個長晶過程。整個長晶過程氣體壓強保持在60kPa。
[0033]退火冷卻:在退火過程中，晶錠在1350°C溫度下，保持2.5h，使得晶錠快速實現溫度均勻，從而減小熱應力。退火階段壓強保持在60kPa。在冷卻階段，壓強保持在95kPa，自然冷卻時間為llh，當溫度降低到400°C後取出矽錠。
[0034]綜上所述，採用該工藝方法，通過半圓柱形單晶矽矽料誘導晶體長晶從而實現高效鑄錠，使光電轉換效率提高0.1%，節約生產成本5%以上。
【權利要求】
1.一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，包括裝料抽真空、加熱熔化、誘導長晶、退火冷卻，其特徵在於裝料時，首先在方形石英坩堝底部平鋪一層半圓柱狀的單晶矽矽料，單晶矽矽料的矩形平面緊貼坩堝底上表面，且相鄰單晶矽矽料緊密排布；方形石英坩堝內壁貼壁放置平滑的方形多晶矽矽料，貼滿整個坩堝內壁，且保證方形多晶矽矽料之間沒有間隙；在其餘位置填充多晶矽碎料，最後上層放置方形多晶矽矽料；在熔化過程中，保證方形石英坩堝底部單晶矽矽料的溫度低於1380°C。
2.根據權利要求1所述的所述的一種高效鑄錠的誘導長晶工藝，其特徵在於單晶矽矽料的半徑為0.5~3cm,長度為I~4cm。
【文檔編號】C30B28/06GK103510157SQ201310467019
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】李鵬廷, 王峰, 任世強, 熊華江, 譚毅, 姜大川, 黃佳琪, 邵偉, 劉燕 申請人:青島隆盛晶矽科技有限公司