[发明专利]一种新型多晶硅铸锭装置及其铸锭方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型多晶硅铸锭装置及其铸锭方法，属于多晶硅铸锭技术领域。

背景技术

光伏发电技术是21世纪一个重要的新能源技术领域，但是目前生产中的光伏发电效率较低，寻求新技术、新材料、新工艺，提高太阳能电池光电转化效率，降低单位发电成本是当前一个迫切的任务。

从定向凝固技术中可以得知，液体搅拌越激烈，液相成分越均匀，提纯的效果越好。传统的多晶硅铸锭炉一般只包含加热和冷却装置，硅料中的杂质主要依靠凝固时液固界面的分凝系数进行排杂。由于工艺和材料限制，硅溶液的温度只加热到熔点附近，此时硅溶液的粘度较大，杂质没有在硅溶液中得到充分扩散，液相成分分布不均。导致凝固后的铸锭中存在杂质富集区，严重影响电池片转换效率。

在类单晶或者某些大晶粒生长工艺中，融化温度被控制在熔点，并且没有在熔点温度以上保温这一工序，导致液相成分分布严重不均，这也是为什么生长出来的晶粒很大，但是电池效率却不高一个重要原因。

发明内容

针对现有技术中多晶硅铸锭存在的上述缺点，本发明提供一种新型多晶硅铸锭装置及其铸锭方法，能够更好的搅拌融化的硅料，使液相成分分布均匀，铸锭成分更加均匀，提高电池片的转换效率。

本发明的技术方案是：

一种新型多晶硅铸锭装置，包括铸锭炉腔体、位于所述铸锭炉腔体内的隔热笼、设置于所述铸锭炉腔体和所述隔热笼之间的石墨加热器、设置于所述隔热笼内侧的坩埚，所述隔热笼外设置有用于控制多晶硅工艺生长步骤从而得到多晶硅铸锭的磁场激励装置。所述磁场激励装置在坩埚内产生径向和横向磁场，所述磁场的感应强度为500-5000Gs。

一种新型多晶硅铸锭装置的铸锭方法，所述铸锭方法应用于普通多晶硅铸锭的具体步骤为：

1）硅料清洗: 利用HF和HNO₃的混合溶液去除硅料表面的氧化层和其他杂质，并烘干；

2）将硅料装填进坩埚，将坩埚装入铸锭炉，关闭隔热笼；

3）加温预热：从室温缓慢加热至1200℃，加热时间约为6-10小时，真空度约0.4-0.8Pa以下；

4）融化工序：从1200℃加热至1550℃，从坩埚顶部开始融化硅料，融化工序时间为5-10小时，保持40-80Pa的真空氩气气氛；

5）保温阶段：保持温度在1450-1550℃，时间为2-5小时，保持5-60Pa的真空氩气气氛，保持磁场磁感应强度在500-1500Gs；

6）定向凝固结晶阶段：从坩埚底部开始降温结晶，结晶时间为15-60h，真空氩气气氛保持在20-60Pa，保持磁场感应强度在500-2000Gs；

7）冷却工序：当温度降低至1200℃，关闭石墨加热器，关闭磁场，保持氩气气氛为40-120Pa，冷却时间为10-30小时；

8）出炉：当温度冷却至300-400℃时，关闭氩气气氛，取出坩埚。

一种新型多晶硅铸锭装置的铸锭方法，所述铸锭方法可以应用于类单晶铸锭，所述铸锭方法应用于大晶粒铸锭的具体步骤为： 

1）硅料清洗: 利用HF和HNO₃的混合溶液去除硅料表面的氧化层和其他杂质，并烘干；

2）将硅料装填进坩埚，装填硅料的时候，首先在坩埚底部铺上一层2-5cm厚的籽料，然后再装填其它硅料；

3）籽料可以完全是（100）晶向的单晶硅片，用于类单晶铸锭工艺生长；也可以是多种不同晶向的硅片，还可以是单晶的边皮料，用于大晶粒铸锭工艺生长；

4）将坩埚装入铸锭炉，关闭隔热笼；

5）加温预热：从室温缓慢加热至1200℃，加热时间为6-10小时，真空度0.4-0.8Pa以下；

6）融化工序：从1200℃加热至1550℃，从坩埚顶部开始融化硅料，融化工序时间为5-10小时，保持40-80Pa的真空氩气气氛，保持磁场感应强度在5000-5000Gs；

7）定向凝固结晶阶段：当坩埚中的固液界离坩埚内底部的距离为1cm-4cm的时候，即底部铺设的籽料已经部分融化的时候，从坩埚底部开始降温结晶，结晶时间为15-60h，真空氩气气氛保持在20-60Pa，保持磁场感应强度在500-5000Gs；

8）冷却工序：当温度降低至1200℃时，关闭石墨加热器，关闭磁场，保持氩气气氛为40-120Pa，冷却时间为10-30小时；

9）出炉：当温度冷却至300-400℃，关闭氩气气氛，取出坩埚。