[发明专利]利用多晶铸造炉生产母合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏制造技术领域，利用多晶铸造炉来进行新型的母合金生产方法，打破传统的拉单晶方法，尤其是一种通过对掺杂剂用量的控制，生产出最佳电阻率的母合金的铸造方法。

背景技术

光伏行业中所谓“母合金”就是杂质元素与硅的合金，主要指硼硅合金，母合金的作用就是对原料进行掺杂，目的主要是用来改变硅熔体中施主杂质（如磷）或受主杂质（如硼）的杂质浓度，使其生长出的单晶或多晶电阻率达到规定的要求。

传统的母合金生产制造方法都是由单晶炉拉制而成，其缺陷是：产量低，传统的单晶炉一炉拉出的单晶棒重量在100kg左右，而且自动化程度相对较低，操作比较复杂，单晶炉体积小，拉制的单晶棒受到长度和直径的影响，产能小，制作成本高。

而采用铸造的方法，制造不受限制，仅取决于炉容器的大小，目前多晶铸锭炉每炉产量可以达到450kg以上，甚至可以投到800kg,自动化程度很高，成品率也比较高，可以更好的规模化生产，成本方面可以得到更好的控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用多晶铸造炉生产母合金的方法，旨在利用多晶铸造炉生产母合金，从而提高生产产量，降低生产成本。尤其是通过对掺杂剂用量的控制，生产出所需最佳电阻率的母合金。

在多晶铸造生产母合金过程中，控制掺杂剂的用量，是关键。才能铸造出所需求的最佳电阻率的母合金。掺杂剂用量大，会导致生产出的母合金电阻率太低，在配料的时候不容易控制用量。掺杂剂用量小，配料的时候所需的母合金的用量会增加，就会增加一些不必要的成本。因此，计算控制掺杂剂的精确用量成了本发明的瓶颈。本发明通过掺杂剂在硅中的分凝情况，计算出所要投放的掺杂剂最佳用量范围，掺杂剂的最佳范围根据每炉生产母合金的多少和所需的母合金电阻率来确定。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

利用多晶铸造炉生产母合金的方法，其特征在于依次采用以下步骤：a选料，即选择所用的硅料；b计算所需掺杂剂的量；c将分选好的硅料加入掺杂剂，正常装料后投铸锭炉；d采用多晶硅铸造的方法，对硅料和掺杂剂依次进行抽真空、加热、熔化、长晶、退火、冷却环节，来生产母合金硅锭。

进一步：

所用的硅料要求：P型/N型电阻率要求大于1Ω.cm，纯度在6N以上；这样可以一方面是提高母合金的质量，另外一方面在理论计算中可忽略N型掺杂剂P,AS等/P型掺杂剂B,AL等的分凝情况。

所述加入掺杂剂的方法是：根据掺杂剂在硅中的分凝情况，来精确的计算出所要投放的掺杂剂用量；计算过程中，依次进行以下步骤：

A根据公式一：N=1.33*power(10,16)/ρ1+1.082*power（10,17）/ρ1[1+power(54.56ρ1,1.105)]（理论计算公式见GB/T13389－1992掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂浓度换算章程，由掺硼硅单晶电阻率计算掺杂浓度值），计算出按电阻率分档的硅料中的B原子浓度,然后通过浓度计算其中的原子个数。

B根据公式二：n1=(M1*2.33/10.84*6.02*power(10,23)+2.33*M)

/(M*1000)*0.75*power(1-(H*2.33*83*83)/(M*1000),-0.25)（理论公式见光伏材料相关书籍：不同位置的掺杂浓度由掺杂剂本身的分凝系数决定），算出硅料和掺杂剂中掺杂剂原子在硅溶液中不同位置的分凝浓度，其中掺杂剂的原子个数由掺杂剂用量多少决定；

C根据公式三：ρ2=1.305*power(10,16)/N+1.133*power(10,17)/(N+N*power(2.58*power(10,-19)*N,-0.737))（理论计算公式见GB/T13389-1992掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂浓度换算章程，由掺杂浓度计算掺硼硅晶电阻率），算出硅锭不同位置的电阻率；计算电阻率是为了更好的用于生产，因为实际生产中会用到不同电阻率范围的母合金；

D根据电阻率的要求，确定加入多少掺杂剂。

所述的掺杂剂指硼或磷。

上述公式涉及到的字母含义：N为掺杂浓度，ρ为硅晶电阻率，其中，ρ1是投炉前实际测得的不同档位电阻率的硅料电阻率，ρ2是根据计算得出的出炉后的硅料的电阻率；n1为分凝浓度，M1为硼粉质量，M为硅锭质量，H为硅锭高度。