[发明专利]一种采用大尺寸坩埚铸锭类单晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及类单晶铸锭领域，具体是一种采用大尺寸坩埚铸锭类单晶的方法。

背景技术

随着不可再生能源（煤、石油、天然气等）的日趋减少，能源问题引起了全球关注，可再生能源成为发展热点。太阳能的利用引起了大家的关注，作为可再生能源的太阳能光伏发电因其供给充足，清洁无污染的优点，成为新能源发展的核心。目前太阳能光伏电池最主要的时晶硅太阳能电池，包括单晶硅电池和多晶硅电池。传统铸锭条件下，多晶硅中因含有大量晶界及缺陷，从而使多晶硅太阳能电池的转换效率较单晶硅电池约低1.5%~2%。

单晶硅电池的转换效率虽高，但且对原料和操作要求高，而且单次投料量少，成本较高，电池衰减较大。多晶硅单次投料量大，操作容易，成本相对较低，电池衰减也比单晶的小很多。综合单晶和多晶的优势，研发出了类单晶。类单晶是采用多晶铸锭的工艺，装料时在坩埚底部铺设籽晶，熔化阶段籽晶部分熔化起“引晶”作用，从而获得外观和电性能均类似单晶的多晶硅片。类单晶硅片与多晶硅片相比，类单晶硅片晶界少，位错密度低，电池转换效率高达18.5%，光衰仅约0.1%。同时具有投料量大，生产效率高，切片工艺简单，的优势。

随太阳能多晶硅电池技术的发展，为提高生产效率和增加电池转换效率，越来越多人都致力于研究铸造类单晶。但铸造类单晶的成本控制的问题却不能得到有效控制，成本问题也成为该技术的发展贫瘠。

类单晶铸锭是以单晶作为籽晶，放置于坩埚底部中央部分，四周距离坩埚壁的距离相等，多晶硅料和硼母合金放于籽晶的上面，装料方法类似于多晶铸锭。铸锭过程通过隔热笼的提升和长晶棒的监控保证籽晶不被完全熔化。缓慢降温进入长晶阶段，使多晶从籽晶位置开始生长，从而得到晶粒较大的类单晶。

目前类单晶铸锭时，采用外径约878mm、内径约840mm的坩埚，放入为25块横截面为156mm×156mm的硅块，硅块四周与坩埚壁距离约30mm。由于目前类单晶铸锭工艺要求和GT铸锭炉热场分布（即铸锭炉的加热器位置分布），长晶过程水平方向的温度梯度较大（长晶时温度梯度的控制，只有通过提升隔热笼的位置，使底部温度逐渐降低，形成垂直温度梯度，但隔热笼的位置的变动，使水平温度变动，中部温度与边缘温度存在差异，水平方向形成了温度梯度），导致靠近坩埚壁位置从底部到顶部“晶花”（靠近坩埚位置从底部到顶部晶界逐渐增多，即晶粒逐渐增多，且晶粒变小，“晶花”即是晶粒在硅锭横截面和表面呈现的晶粒）逐渐增多。边缘16块硅块出现大面积的小晶粒区域，尤其在硅锭4个角基本为多晶，这些硅块切片后电池装换效率较低。铸造类单晶硅锭，单晶比例低成为制约类单晶技术发展的主要技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用大尺寸坩埚铸锭类单晶的方法，解决了以往的类单晶铸锭的大晶粒比例相对较小，硅块内部容易出现缺陷和杂质的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种采用大尺寸坩埚铸类单晶的方法，包括以下步骤：

（a）、选用外径大于878mm、内径大于840mm的坩埚，将硅料置于坩埚中；

（b）、采用石墨加热器对坩埚进行加热，将加热模式选为功率控制模式，压力模式选为真空模式；石墨加热器采用低电压大电流使加热器本身发热，将样品用进样器定量注入到石墨管中，并以石墨管作为电阻发热体，通电后迅速升温，使试样达到原子化的目的。

（c）、加热硅料至熔化后，将加热模式改为温度控制模式，同时将压力模式改为气体模式；

（d）、开始长晶，将加热模式保持为温度控制模式，压力模式保持为气体模式；

    （e）、长晶结束后，开始退火，加热模式先采用温度控制模式，再改为功率控制模式，压力模式保持为气体模式；

    （f）、退火结束后，开始冷却，加热模式转换为功率控制模式，并且功率逐渐降为零，压力模式继续保持为气体模式，炉内持续通氩气。

所述坩埚为石英坩埚。

所述坩埚的外径为920mm，内径为882mm。

所述步骤（b）的具体过程为：

（b1）、将加热模式选为功率控制模式，并设定功率为10~15kw，将压力模式选为真空模式，对坩埚加热10分钟；

（b2）、将功率改为30kw，其它设置保持不变，继续对坩埚加热30分钟；

（b3）、将功率改为50kw，其它设置保持不变，继续对坩埚加热1小时30分钟；

（b4）、将功率改为55kw，其它设置保持不变，继续对坩埚加热4小时，完成加热操作。

进一步地，所述步骤（c）的具体过程为：