[发明专利]制备高利用率准单晶的组合式护板及其制备准单晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶硅的制备设备，具体是指一种制备高利用率准单晶的组合式护板及其制备准单晶的方法。

背景技术

目前晶体硅太阳电池凭借其电池的高效稳定一直占据着太阳电池市场的。由于铸造多晶硅中存在大量的晶界和位错，它们能在硅禁带中引入深能级，成为光生少数载流子的有效复合中心，同时铸造多晶硅由于各晶粒晶向不一，不能采用各向异性的碱制绒方法进行表面处理，而各向同性的酸制绒方式则很难达到同样的效果，使得多晶硅太阳能电池的转换效率较单晶硅电池约低1. 5～2%。为了能够将单晶硅与多晶硅的优势集中体现出来，准单晶铸造技术应运而生，由于准单晶铸锭既具有单晶的高转换效率又具有多晶硅地制造成本的特点，目前铸造类单晶太阳电池已成为太阳电池行业中的主流产品。

铸锭单晶硅，是一种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术。铸锭单晶硅主要有两种方法。一种是有籽晶的铸锭，另一种是没有籽晶的铸锭。有籽晶的铸锭技术先把籽晶，硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。再把加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。无籽晶铸锭单晶方法的步骤基本和铸锭多晶相同。其要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，形成所谓的准单晶。这种准单晶硅片的晶界数量远小于普通的多晶硅片。无籽晶的单晶铸锭技术难点也在于控温。由于无籽晶铸锭技术对设备以及操作要求较高，目前商业化生产都采用有籽晶的铸锭单晶技术。

铸锭单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。由于多晶硅电池由于存在晶界复合，以及所采用的酸制绒技术无法达到在单晶所采用的碱制绒的完美制绒效果，一般的多晶硅电池光电转化效率要低于单晶硅1～2%。通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高1%以上。这种技术既具有单晶硅材料低缺陷、高转换效率的优点，又具有铸锭技术的高产量、低能耗、低光致衰减的优点。

现有技术的缺点：铸造准单晶技术先把籽晶，硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。再把加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。这种技术的难点在于确保在第二步融化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体质量的关键。虽然铸造准单晶技术已经得到了产业化生产，但是目前仍然存在问题，即铸锭的良率目前较低只有目前良率大约在40%～60%之间，主要是由于铸锭周围多晶的产生严重影响了铸锭的利用率。铸锭周围多晶的形成主要是由于坩埚径向存在热量的传递，径向传热导致在坩埚壁附近容易产生抑制形核，这些晶核会随着径向传热的进行而长大，从而会形成铸锭四周的多晶区，同时铸锭生长过程中底部存在垂直方向的热流，径向热流与垂直热流的比例的大小对铸锭单晶的利用率有着重要的影响，若能够降低坩埚径向热流的比例，则可有效地抑制侧面的成核，降低铸锭多晶的比例，从而可以提高铸锭单晶的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高利用率准单晶的组合式护板及其制备准单晶的方法，通过对护板进行改进，使得坩埚不同区域的散热强度不同，从而改善单晶的生长条件。

本发明的实现方案如下：制备高利用率准单晶的组合式护板，包括贴附在坩埚外壁上的坩埚石墨侧护板，所述坩埚石墨侧护板包括贴附在坩埚外壁上的内护板、以及贴附在内护板一侧的外护板，所述外护板位于内护板远离坩埚的一侧；所述内护板开有若干轴线互相平行的内护板条形孔，外护板开有若干轴线互相平行外护板条形孔，所述内护板条形孔的轴线与外护板条形孔的轴线互相平行。

所述内护板远离坩埚的一侧或内护板端面安装有滑道装置，所述外护板通过滑道装置贴附在内护板上。

所述滑道装置为U形槽，所述U形槽的开口方向指向内护板。

所述滑道装置为至少一组对称设置在内护板上的L形组板，一组L形组板的数目为2个，一组L形组板与内护板组成两个开口相对U形凹槽。

所述内护板和内护板均采用绝热材料制成。

制备准单晶的方法，包括如下步骤；

步骤A为制备装置的组装步骤：取上述坩埚，将坩埚的底部安装在具有坩埚石墨底部护板上的石墨底座支柱上，坩埚石墨底部护板与坩埚的底部连接，然后采用内护板和外护板构成的坩埚石墨侧护板贴附在坩埚的侧壁上；

步骤B为放料步骤：在步骤A完成后，将籽晶放在坩埚的底部，然后在籽晶的上方放入多晶硅与母合金。