[发明专利]一种多晶硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其是一种多晶硅的制备方法。

背景技术

多晶硅铸锭技术是生产太阳能晶硅材料的主流技术之一。多晶硅铸锭因其投料量大，操作简单，成本低，在很大程度上已超越了直拉法生产的单晶硅。同时相较直拉单晶，多晶硅电池片电池转换效率低、寿命较短，因此通过使用高纯度（9N级）硅料，或改造铸锭炉热场结构，控制硅片中孪晶数量，或者通过优化热场及工艺，控制硅晶体中的缺陷制备出高品质的多晶硅，成为多晶硅铸锭技术的主流方向。

使用高纯度硅料，投入成本太高，当前的行业环境下很难维持下去。目前制备均匀小晶粒多晶硅最主要的两种方法：

（1）开笼半熔工艺：这种方法类似于准单晶的生产工艺，在坩埚底部铺多晶硅碎片并保证化料时保留一定的碎片料，以此未熔完的碎片料为籽晶生长均匀小晶粒的多晶硅，但此工艺操作复杂，得料率较低（底部红区较长），而且由于硅料未完全熔化，硅锭中硬质点的含量增大；

（2）闭笼全熔工艺：此方法要获得均匀小晶粒的多晶硅片，主要依靠底部做过特殊处理的高效坩埚（坩埚底部粗糙处理）来完成的，在坩埚底部粗糙面上首先形核，然后以坩埚粗糙面为形核面生长硅锭，但实验证明这种方法电池转换效率低于开笼半熔工艺0.05-0.1%，而且铸锭过程中发生底部粘埚造成硅锭隐裂的几率比较大。

现有多晶硅铸锭炉的型号为DSS850kgR13850-1/UM。

发明内容

综合两种生产高效率多晶硅的主流工艺，本发明提出一种多晶硅的制备方法，这是一种操作简单，粘埚率低，得料率接近全熔工艺，并且电池片转换效率可达到开笼半熔工艺的新型多晶硅制备方法。采用本发明方法制成的多晶硅，晶粒均匀，其硅片电池效率比普通多晶硅要高0.2-0.3%，整锭硅片的平均电池效率可达17.5%以上，效率17.4%以上硅片比例大于65.0%。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种多晶硅的制备方法，具体步骤为：

(1) 石英坩埚预处理：使用易于挥发的无毒溶剂来分散纯度大于99.9%的75μm-350μm的硅粉，其中每500mL溶剂中分散350g-450g硅粉，搅拌成浆料，将浆料均匀地刷在坩埚底部，晾干备用；

(2) 在预处理过的石英坩埚底部铺设粒径为3mm-10mm的晶硅碎片料，形成10mm-30mm厚度的碎多晶层；铺底完成后，将硅料和母合金装入石英坩埚中，然后将石英坩埚装入铸锭炉内，闭合上下炉体，抽真空，再关闭隔热笼，加热使硅料进入熔化阶段；所述母合金的加入比例根据目标电阻值计算得到；

(3) 当熔化进入结束步阶段时，控制加热温度1540℃-1570℃，隔热笼提升至开度为5 mm -20mm，并控制DS块温度TC2不超过1425℃，使得底部碎多晶刚好熔完，进入步骤（4）-（7）的降温阶段；

(4)控制加热器温度为1500℃-1535℃，在10min-20min内将隔热笼提升至开度为10 mm -30mm；

(5)控制加热器温度为1450℃-1480℃，在10min-20min内将隔热笼提升至开度为10 mm -50mm；

(6)控制加热器温度为1430℃-1460℃，在20min-50min内将隔热笼提升至开度为10 mm -70mm；；

(7)控制加热器温度为1425℃-1440℃，在20min-50min内将隔热笼提升至开度为50 mm -80mm；

其中，步骤(6)隔热笼打开的程度大于第（5）步中隔热笼打开程度；步骤(7)隔热笼打开的程度大于等于步骤(6)中隔热笼打开程度，熔化阶段结束；

(8) 进入长晶初期，长晶初期控制加热温度为1425℃-1440℃，隔热笼提升速度为4 mm/h -8mm/h，使得坩埚底部的碎多晶形成一层均匀的树枝状籽晶；

(9) 进入长晶中后期，控制长晶中后期隔热笼的提升速度为0 mm/h -4mm/h，加热器的降温速率为1℃/h -2℃/h，以坩埚底部均匀的树枝状籽晶为基础，保持微凸的固液界面，竖直向上定向凝固生成含有大量孪晶的多晶硅。

所述步骤（1）所述易于挥发的无毒溶剂优选为无水乙醇。

所述步骤（1）所使用的晶硅碎片料优选是多晶硅、单晶硅以及准单晶硅的碎片料或碎块料中的一种或几种。

步骤（2）中当熔化进入结束步时，加热温度优选控制在1555℃-1565℃。

步骤(4) 优选加热器温度控制在1500℃-1510℃，在10min-20min内隔热笼提升至开度为10 mm -30mm。