一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法
2023-05-29 11:35:26 2
專利名稱：一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法
技術領域：
本發明涉及矽單晶的生產方法，特別涉及一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法。
背景技術：
太陽能電池所採用的原材料多為直拉單晶矽或是多晶矽，因為這兩種矽材料成本較低，可以大規模生產。但在航天、軍工等特殊領域，更為關注電池的轉換效率等性能，成本並非主要關注點，所述的兩種太陽能電池便不再滿足使用的要求，而採用成本較高的區熔單晶矽所生產的太陽能電池，這是因為區熔矽單晶中氧、碳和金屬等雜質含量最低，因而其所生產的太陽能電池轉換效率也最高。由於區熔法所生產的矽單晶為圓柱形，在加工時需進行切方，因而會有大量的單晶矽被浪費。直接生產出方形區熔矽單晶可以降低成本，減少材料的浪費。為了拉制方形區熔矽單晶，首先熱系統所產生的溫度分布的等溫線必須是正方形，由於傳統的
現在區熔法用的感應加熱線圈是用銅質的扁平狀圓盤結構，由於熱系統採用的線圈均為圓形結構，熱系統所產生的溫度分布的等溫線為圓形，所以不能滿做足生產出方形區熔矽單晶的技術條件，解決這個問題必須從熱系統線圈的結構入手，對現有熱系統線圈的結構進行改進或重新設計。
發明內容
本發明的目的就是為克服現有技術的不足，提供一種直接生產方形區熔單晶矽的生產方法，以降低區熔矽單晶太陽能電池的成本。本發明是通過這樣的技術方案實現的一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法，其特徵在於生產方形區熔矽單晶的熱系統採用的線圈為正方形線圈，正方形線圈形狀為銅質扁平狀方盤，正方形線圈的作用為調整電流分布，使得線圈表面電流路徑為正方形，從而使正方形線圈所產生的溫度分布的等溫線為正方形，正方形線圈中心為正方形孔，正方形線圈上有4條狹縫，4條狹縫分別位於正方形線圈的對角線上；其中一條狹縫延伸至線圈外部、另三條狹縫的長度為線圈對角線長度的0. 2 0. 3倍；所述方法包括如下次序步驟
a)擴肩時逐漸以-1 -4rpm/min的速率逐漸關閉下軸轉速；
b)關閉下軸轉速時，需降低加熱線圈的功率和上軸速度；
c)擴肩需要緩慢擴肩，擴肩角度<40°。本發明的有益效果是採用本發明熱系統採用的線圈為正方形線圈，所生產的區熔矽單晶柱為方形，只需進行一些平整度加工即可進行切片，材料利用率由原來的63. 66% 提高到了 95%以上，大大降低了區熔矽單晶太陽能電池的成本，節省了各種資源。
圖1為正方形線圈的俯視圖2為有狹縫的正方形線圈施加電源後的電流路徑示意圖； 圖3為無狹縫的正方形線圈施加電源後的電流路徑示意圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發明，結合附圖和實施例詳細描述
如圖1、圖2所示，生產方形區熔矽單晶的熱系統採用的線圈為正方形線圈，正方形線圈線中心的孔為正方形孔，正方形線圈包括4條狹縫，4條狹縫分別位於正方形線圈的對角線上；其中一條狹縫延伸至線圈外部、另三條狹縫的長度為線圈對角線長度的0. 2 0. 3 倍；
為了拉制方形區熔矽單晶，首先熱系統所產生的溫度分布的等溫線必須是正方形。雖然單晶內部的熱傳導和單晶對周圍環境的熱輻射會對溫度分布有一定的影響，但熱傳導和輻射主要使得周圍的溫度更接近單晶的高溫區域的溫度，並不會對溫度分布的形狀產生劇烈的影響。當交變電流通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現象叫集膚效應。所以線圈在施加高壓、高頻的交流電源後，電流主要在線圈表面，也就是說電子主要在線圈的表面移動。本發明所設計的線圈為正方形線圈，所以電流的路為的正方形，這樣產生的的交變電流所產生的電磁場水平截面為正方形。電磁場對矽單晶進行加熱，所以會產生正方形的等溫線。線圈的中心孔為方形，根據電流集膚效應，線圈中心電流的路徑也是正方形，進而產生的電磁場、電磁場加熱的等溫線均為方形。如圖2所示，如在線圈對角線上留有狹縫，主要作用為調整電流分布，使得線圈表面電流路徑儘量都為正方形，保證溫度的分布。如圖3所示，如在線圈對角線上的未留有狹縫，其電流分布不均勻，線圈表面電流路徑不是正方形。在引晶、拉細頸階段，與常規的拉晶方式相同。擴肩階段，開始逐步降低下軸轉速至Orpm。在下軸轉速降低的過程中，旋轉使受單晶熱均勻的作用逐漸降低，矽單晶收到的加熱越來越接近線圈產生的溫度分布，即正方形溫度分布。矽單晶逐步由圓形變為正方形。在此過程中，下軸轉速的降低速度，不能太快，否則容易造成矽熔體的劇烈波動而導致斷苞，經過試驗，-1 -4rpm/min的降低速率較為合適，保證不斷苞的同時，使矽單晶由圓形變為正方形。由於下軸轉速逐漸降低，所以矽單晶的散熱也逐漸放緩，矽單晶生長速率降低了。 為此，需要降低線圈功率和上軸速度，防止矽熔體太多而流熔。因為矽單晶為正方形，相對於圓形矽單晶，矽熔體凝固時熱應力常集中在正方形的四個頂角處，熱應力集中的導致矽單晶更容易斷苞，所以需要在擴肩時緩慢擴肩，使擴肩角度< 40°，降低由於熱應力所導致的斷苞概率。實施例一1)首先將爐門打開，用纖維紙將爐門內壁、上爐室、上軸、線圈和保溫筒等部分擦拭一
遍；
2)將卡盤安裝在多晶料頭部，並用扳手擰緊，之後將卡盤安裝在上軸低端，之後調整多晶料棒使之呈豎直狀態；
3)然後安裝線圈和保溫筒，並用水平儀進行水平調整。之後用專門的對中工具進行線圈的對中。之後將石墨環伸出，下降多晶使之位於石墨環上方約3mm;
4)抽空，充入Ar氣使爐壓達到4bar，之後緩慢增加功率進行預熱，預熱時間為30分鐘。之後向上升起單晶使石墨環能夠收回初始位置時將石墨環退出，下降多晶料棒進行加熱。5)待多晶料棒下端出現熔區後，上升籽晶與熔區接觸進行過熱引晶；
6)引晶完畢後，開啟下速進行拉細頸細頸直徑Φ2 3mm，長度為150mm；
7)逐漸降低下軸速度進行擴肩，擴肩時逐步降低下軸轉速至Orpm，同時逐漸降低線圈功率和上速，此後單晶逐步變為正方形；
8)待單晶尺寸滿足要求後，開始等徑生長，之後進一步對功率和上速進行調整，完成等徑生長，最後進行收尾停爐。根據上述說明，結合本領域技術可實現本發明的方案。
權利要求
1. 一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法，其特徵在於生產方形區熔矽單晶的熱系統採用的線圈為正方形線圈，正方形線圈形狀為銅質扁平狀方盤，正方形線圈的作用為調整電流分布，使得線圈表面電流路徑為正方形，從而使正方形線圈所產生的溫度分布的等溫線為正方形，正方形線圈中心為正方形孔，正方形線圈上有4條狹縫，4條狹縫分別位於正方形線圈的對角線上；其中一條狹縫延伸至線圈外部、另三條狹縫的長度為線圈對角線長度的0. 2 0. 3倍；所述方法包括如下次序步驟 擴肩時逐漸以-1 -4rpm/min的速率逐漸關閉下軸轉速； 關閉下軸轉速時，需降低加熱線圈的功率和上軸速度； 擴肩需要緩慢擴肩，擴肩角度<40°。
全文摘要
本發明涉及一種用於太陽能電池的方形區熔矽單晶生產方法，熱系統採用的線圈為正方形線圈，正方形線圈線中心的孔為正方形孔，正方形線圈包括4條狹縫，所述方法包括如下步驟a、擴肩時逐漸以-1～-4rpm/min的速率逐漸關閉下軸轉速；b、關閉下軸轉速時，需降低加熱線圈的功率和上軸速度；c、擴肩需要緩慢擴肩，擴肩角度≤40°；本發明熱系統採用的線圈為正方形線圈，所生產的區熔矽單晶柱為方形，只需進行一些平整度加工即可進行切片，材料利用率由原來的63.66%提高到了95%以上，大大降低了區熔矽單晶太陽能電池的成本，節省了各種資源。
文檔編號C30B13/20GK102560644SQ201210010550
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月14日 優先權日2012年1月14日
發明者張雪囡, 沈浩平, 王巖, 王彥君, 高樹良 申請人:天津市環歐半導體材料技術有限公司