一種減少多晶矽鑄錠應力的方法

2023-04-24 19:01:46 3

專利名稱：一種減少多晶矽鑄錠應力的方法
技術領域：
本發明涉及一種減少多晶矽鑄錠應力的方法，特別涉及一種減少較低純度多晶矽錠內 應力的方法。
背景技術：
鑄造多晶矽材料己經取代了直拉單晶矽材料成為最主要的太陽能電池材料,但是市場 的競爭促使鑄造多晶矽材料的生長工藝需要不斷地革新。低成本和高效率是太陽能電池工 業得以長時間可持續發展的兩個根本條件，這就要求鑄造多晶矽矽片的成品率髙以及鑄造 多晶矽材料中具有電學活性的雜質濃度較低。所以，鑄造多晶矽材料的發展趨勢便是大體 積化和儘可能增加矽錠的有效利用體積。
多晶矽鑄錠是採用定向凝固的方法製備而成的。晶體呈柱狀晶由底部向頂部生長，晶 體缺陷易集中於晶界處。整個多晶矽鑄錠在定向凝固過程中，微量雜質由底部向頂部移動， 故頂部雜質最多。若多晶矽取出後，直接在空氣中冷卻，冷卻速度不均勻，四周及頂部邊 皮處冷卻最快，內部熱應力迅速向四周及頂部擴散，在晶界及雜質點擴散不均勻。且多晶 矽的性質為熱縮冷漲。四周及底部溫度低，晶體出現膨脹力，內部溫度高，出現收縮力， 故應力易於集中於晶體內部，此時切片會導致碎片率提高。
為了消除金屬製品的殘餘應力，過去通常採用熱時效或自然時效，然而，多晶矽鑄錠 在爐中通過熱時效降溫時，由於所需時間長，爐室的利用效率低；自然時效則無法用於多 晶矽鑄錠的應力消除，其原因是由於製造鑄造多晶矽的原料主要為微電子工業剩下的頭 尾料，所以其體內的雜質含量很高。多晶矽錠是由鑄錠爐生產的，由於鑄錠爐對雜質具有 分凝效果，造成雜質在多晶矽錠的上部集中，內應力也在這些位置集中。隨著鑄錠放置的 時間增長，內部應力緩慢向四周擴散，若擴散不均勻直接導致晶體開裂或切片率增加，若 均勻擴散，擴散至頂部時，遇到大量密集的雜質，尤其在鑄錠的頂部雜質聚集較多，會直 接導致頂部開裂。且裂紋會隨時間增長由頂部延伸至底部，造成巨大損失。

發明內容
本發明的目的在於針對多晶矽錠頂部由於內應力集中而造成的開裂，提供一種減少多 晶矽鑄錠應力的方法。
本發明提供的技術方案如下
一種減少多晶矽鑄錠內應力的方法,將剛出爐的多晶矽錠放置於帶振動板的超聲波清 洗設備中，同時放入100'C的水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使 其保持高頻振蕩狀態，頻率為20KHZ-200KHZ,振蕩至少lh，然後控制水溫，使其逐漸冷 卻至室溫，最後將矽錠取出，立即去除邊皮後破成小方錠，空氣中保存。
在本發明的一較佳實施例中，所述的小方錠為156mraX156mmX260mm,根據需要，也 可以是其它尺寸的方錠。
所述的水溫冷卻速度為5~20°C/h。
由於超聲波振動板的存在，產生了類似于振動時效的效果，從物理學上看，振動時效 的過程，實質上是材料內部晶體位錯運動、增殖、塞積和纏結的過程。由於材料存在位錯， 所以在晶體內部產生的交變動應力與內部的殘餘應力相互疊加，在應力較高的區域，就可 產生位錯滑移，出現微小塑性變形。位錯滑移是單向進行線性累積的，當微應變累積到一 個宏觀量，晶體內殘餘應力較大處的位錯塞積得以交替開通，局部較大殘餘應力得以釋放。
此外超聲波具有如下特性1)超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有 效傳播。2)超聲波可傳遞很強的能量。3)超聲波會產生反射、幹涉、疊加和共振現象。 4)超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的衝擊和空化現象。但超聲波往往 只用於清洗，或是探測構件內部的損傷，本發明將超聲波與沸水共同使用，可大大降低多 晶矽鑄錠的內應力。
1、 沸水保持在IOO'C,逐漸使矽錠保持在IOO'C，可使熱應力由外部及內部保持均勻；
2、 沸水會產生振蕩力，加上超聲波會使水振蕩形成水波動，水波動觸及矽錠，均勻拍 打矽錠，使其受力均勻，逐漸減輕應力。
3、 保溫和振蕩同時進行，可加快應力均勻的速度，從而縮短時間。


圖1為多晶矽鑄錠放入超聲波清洗設備中的示意圖；
具體實施例方式
參照圖l，為本發明一種減少多晶矽鑄錠應力的方法的示意圖。圖中，l為加熱器，2 為多晶矽鑄錠，3為超聲波振動板，4為電源指示燈，5為電源開關，6為加熱溫度控制 鈕，7為加熱時間控制鈕，8為超聲波時間控制鈕，9為超聲波波長控制鈕。
當多晶矽鑄錠在爐內冷卻至100 200'C,出爐後，立即放入超聲波清洗器中，如圖l 所示，同時放入沸水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其保持高頻 振蕩狀態，頻率為20KHZ-200KHZ,振蕩至少lh，然後控制水溫，使其逐漸冷卻至室溫， 最後將矽錠取出，去除邊皮，空氣中保存。
同等材料下
實施例l、未採用本發明的方法，275kg鑄錠，在空氣中放置8個月後，頂部開裂； 為避免切片損失，放棄切片。
實施例2、未採用本發明方法，275kg鑄錠，在空氣中放置30天後，切片，出合格片 8000片，後續電池片生產，應力片易損易碎，又損失520片，最後合格為電池片7480片。
實施例3、採用本發明方法，275kg鑄錠，在爐內冷卻至200'C，出爐後立即放入超 聲波清洗器中，同時放入沸水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其 保持髙頻振蕩狀態，頻率為150KHZ，振蕩2h，然後控制水溫，使其以20'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最後將矽錠取出，去除邊皮，破成156mmX156mraX260咖的小方錠，空氣中 保存，30天後切片，出合格片9050片，後續電池片生產，又損失150片，最後合格為電 池片8900片。
實施例4、採用本發明方法，275kg鑄錠，在爐內冷卻至180'C,出爐時立即放入超 聲波清洗器中，同時放入沸水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其 保持高頻振蕩狀態，頻率為200KHZ，振蕩lh，然後控制水溫，使其以15'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最後將矽錠取出，去除邊皮，破成156mraX156mraX260nim的小方錠，空氣中 保存，30天後切片，出合格片9070片，後續電池片生產，又損失155片，最後合格為電 池片8915片。實施例5、採用本發明方法，275kg鑄錠，在爐內冷卻至15(TC,出爐時立即放入超 聲波清洗器中，同時放入沸水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其 保持高頻振蕩狀態，頻率為120KHZ,振蕩3h，然後控制水溫，使其以10'C/h的速度逐漸 冷卻至室溫，最後將矽錠取出，去除邊皮，破成156mraX156隱X156mm的小方錠，空氣中 保存，30天後切片，出合格片9040片，後續電池片生產，又損失135片，最後合格為電 池片8905片。
實施例6、採用本發明方法，275kg鑄錠，在爐內冷卻至100'C，出爐時立即放入超 聲波清洗器中，同時放入沸水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其 保持髙頻振蕩狀態，頻率為20KHZ，振蕩4h，然後控制水溫，使其以5'C/h的速度逐漸冷 卻至室溫，最後將矽錠取出，去除邊皮，破成156mmX156mmX260咖的小方錠，空氣中保 存，30天後切片，出合格片9010片，後續電池片生產，又損失180片，最後合格為電池 片8830片。
上述僅為本發明的一個具體實施例，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構 思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護範圍的行為。
權利要求
1、一種減少多晶矽鑄錠應力的方法，將剛出爐的多晶矽錠放置於超聲波清洗設備中，同時放入100℃的水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其保持高頻振蕩狀態，頻率為20KHZ-200KHZ，振蕩至少1h，然後控制水溫，使其逐漸冷卻至室溫，最後將矽錠取出，去除邊皮，破成小方錠，空氣中保存。
2、 如權利要求l所述的一種減少多晶矽鑄錠應力的方法，其特徵在於所述的水溫冷卻 速度為5 20'C/h。
全文摘要
本發明涉及一種減少多晶矽鑄錠應力的方法。本發明是將多晶矽錠放置於超聲振蕩清洗機中，同時放入100℃的水，開加熱器，使水保持沸騰狀態，開啟超聲波清洗機，使其保持高頻振蕩狀態，逐漸冷卻後將矽錠取出。取出後，立即將矽錠去邊皮後破成小方錠，空氣中儲存。採用本發明方法可大大減少多晶矽鑄錠應力。
文檔編號C30B33/00GK101660208SQ20091011212
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者毅 南, 張偉娜, 禹 林, 健 汪, 香 程, 趙志躍, 鄭智雄 申請人:南安市三晶陽光電力有限公司