[发明专利]N型多晶硅铸锭装置及铸锭方法

说明书

本发明提供一种N型多晶硅铸锭装置，包括：铸锭炉，所述铸锭炉内设有坩埚，所述铸锭炉顶端设有用于存放硅料的储料仓，所述储料仓与所述坩埚连接有输料管，所述储料仓的硅料投料由出料阀控制，其特征在于，所述铸锭炉的顶端设置有高功率激光单元，所述高功率激光单元设置有激光源，所述激光源用于对自所述储料仓投入所述坩锅的硅料进行辐射扫描；所述储料仓的外部分别设有真空抽气阀与惰性气体进气阀，所述储料仓还设有加热单元用于对储料仓的硅料进行预加热。本发明同时提出一种利用本发明装置的铸锭方法。

技术领域

本发明提供一种太阳能晶锭的铸锭装置及方法，特别是指一种具有二次投料设备的N型多晶硅铸锭装置及铸锭方法。

背景技术

随着替代性能源使用量的增长，太阳能因建构成本相对较低，与快速回本等优势，进而成为极具成本优势的替代能源；在众多太阳能电池材料中，硅基太阳能电池，因其具有光电转换效率高，技术发展成熟等优势，成为目前太阳能电池制作广泛使用的材料。

硅晶铸锭的制作，是将高纯度的硅原料，通过耐高温坩埚熔融，调控制备条件，进行硅晶铸锭程序，藉以生产具有良好材料应力与光电转换率的太阳能电池材料。

在多晶硅铸锭上，所面临的考验在于如何增加晶锭利用率，降低生产成本，同时减低偏析、调控晶锭内电阻值分布范围，进而提升光电转换效率。目前广泛使用的多晶硅铸锭方法，是以加入掺杂剂方式进行制备，在硅原料中加入IIIA族元素，例如：硼、镓等元素，来制备P型多晶硅；或是加入VA族元素，例如：磷、砷等元素，来制备N型多晶硅。然而，在N型多晶硅铸锭过程中，VA族掺杂剂因为偏析系数小，造成该元素在晶锭内分布不均，导致电阻值分布范围过大，影响晶锭的利用率。在过往的硅料添加程序中，一方面无法及时调控掺杂剂比例，达到缩小电阻值分布范围的目的，影响光电转换率；另一方面，直接固态投料会造成硅料与铸锭炉硅液间的温度差异过大，从而产生材料应力及热场效应，进而使结晶缺陷增加，减低了多晶锭的可利用率，同时增加了生产成本与时间成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种N型多晶硅铸锭装置及铸锭方法，利用本发明可以降低晶锭中掺杂剂所造成的应力、解决热场效应等相关影响。

本发明提出的N型多晶硅铸锭装置，包括：铸锭炉，所述铸锭炉内设有坩埚，所述铸锭炉顶端设有储料仓，其用于存放硅料，所述储料仓与所述坩埚连接有输料管，所述储料仓的硅料投料由出料阀控制，所述铸锭炉的顶端设置有高功率激光单元，所述高功率激光单元设置有激光源，所述激光源用于对自储料仓投入坩锅的硅料进行辐射扫描；所述储料仓的外部分别设有真空抽气阀与惰性气体进气阀，所述储料仓还设有加热单元，其用于对储料仓的硅料进行预加热。

所述坩埚为氮化硅坩埚或石英坩埚。

所述储料仓的顶部还设有加料口，其用于可随时补充硅料，以进行连续性投料。

所述高功率激光单元的激光源可周期性地移动扫描。

所述铸锭炉有观察窗，所述高功率激光单元的激光源是通过所述观察窗辐射扫描。

本发明还提供了一种利用本发明装置的铸锭方法，包括以下步骤：(1)在铸锭炉的坩埚内填入多晶硅料以及磷掺杂剂；(2)对坩埚内的多晶硅料进行加热熔化；(3)对储料仓多晶硅料进行预热，同时对储料仓进行真空抽气，并通入惰性气体；(4)当坩埚的N型多晶硅晶体生长至坩埚约1/2高度时，暂停长晶程序；(5)当储料仓的多晶硅料进行预热至一定温度时，开启出料阀，将所述储料仓内的硅料，通过输料管投料至所述铸锭炉的坩埚内；(6)通过高功率激光，以辐射扫描方式对投入的固态硅料进行加热熔融，以调整N型多晶硅晶锭中的掺杂剂浓度；(7)启动所述铸锭炉设备内的加热器，使铸锭炉的坩埚温度回升到投料前的温度，继续N型多晶硅晶锭的长晶程序。

重复(5)-(7)的步骤，分批多次将所述储料仓内的硅料投料至所述铸锭炉的坩埚中。