[发明专利]一种多晶硅锭的制备工艺及其多晶硅锭

说明书

本申请提供了一种多晶硅锭的制备工艺及其多晶硅锭，涉及太阳能电池铸锭技术领域，所述工艺包括装料、加热熔化、结晶、退火和冷却，特征在于，在加热熔化后期逐渐升高隔热笼至第一高度，打开抽板。控制隔热笼的上升速度，将隔热笼从第一高度逐渐调整到第二高度后停止上升，控制抽板配合隔热笼的高度逐渐打开至设定开度后停止。控制退火时间在130‑140分钟。本申请还提供了采用该工艺制备的多晶硅锭。本申请提供的制备工艺，在缩短铸锭周期、提高产率、减少能耗的同时，制备出的多晶硅锭表面无冻硅，开方后无整锭裂伤，检测结果显示红区长度降低，铸锭良率提高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池铸锭技术领域，具体涉及一种多晶硅的制备工艺及其多晶硅锭。

背景技术

多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅的原料易得且转换效率高，在组件中面积利用效率也要比单晶硅圆片有优势，已经成为最主要的光伏材料。利用硅材料制成太阳能电池组件，需要经过一系列复杂的加工工艺过程，其中多晶硅锭的制备是多晶硅电池片生产中非常重要的一个环节。

太阳能级铸造硅锭底部存在一个低少子寿命区,在少子寿命扫描图上显示为红色，俗称为“红区”，该部分一般会作为不合格区域而被切除回炉利用，实际生产中，G7规格的铸锭炉生产的多晶硅锭底部的红区长度一般在100mm以上，铸锭的良率即可切片利用率在50％以下，降低了多晶硅锭的质量。一般认为底部红区是由于硅锭在经过长晶和退火这一漫长高温过程中杂质向内部扩散所致。为了减小多晶硅锭的红区长度，提高良率，提高单位时间的多晶硅锭产量，提高生产效率，可以对多晶硅锭的结晶和退火工艺进行改进。

多晶铸锭是采用热交换法使用铸锭炉将硅料熔化为液体后定向生长重新结晶。由于定向凝固只能是单方向散热，横向不能散热，即横向温度梯度趋于零。长晶开始时坩埚底部冷却，在熔融硅周围形成了一个竖直温度梯度，此温度梯度使硅料从底部开始凝固，逐渐向顶部长晶。其中，结晶初期的速率对中心长晶阶段影响较大，结晶的温度过高、时间过长、散热程度不适都将影响结晶周期时长和铸锭产品的质量。

退火是释放多晶硅锭内部应力的过程，并且能消除少量结晶产生的位错缺陷。退火工艺处理不好将直接影响铸锭成品内部的应力分布状态，对多晶硅铸锭成品的质量影响较大。目前的退火工艺需要高温并长时间保温，促进了杂质的高温固相扩散，增大了红区长度，降低了少子寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多晶硅锭的制备工艺及其多晶硅锭，与现有工艺相比，缩短了铸锭周期，减少能耗，提高产能，生产的多晶硅锭表面无冻硅，开方后无整锭裂伤，红区长度降低，铸锭良率提高。

本发明提出的一种多晶硅锭的制备工艺，包括以下步骤：

1)装料：将硅料装填入坩埚，转移坩埚至铸锭炉；

2)加热熔化：将铸锭炉抽至真空，加热至硅料熔化，在熔化阶段后期逐渐升高隔热笼至第一高度，打开抽板；

3)结晶：控制隔热笼的上升速度，将隔热笼从第一高度逐渐调整到第二高度后停止上升，控制抽板配合隔热笼的高度逐渐打开至设定开度后停止；

4)退火：对结晶结束的铸锭进行退火；

5)冷却：退火结束后冷却制得多晶硅锭。

所述结晶过程的温度为1405-1435℃，结晶时长为35-45小时。所述退火过程的时长为130-140min。所述结晶过程温度优选1410-1432℃，结晶时长优选37-42小时，退火时长优选132-138min。