專利名稱：一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，具體應用在太陽能光伏行業(yè)的多晶鑄錠爐生產(chǎn)中。
背景技術：
準單晶技術可以明顯提升多晶鑄錠爐鑄造準單晶錠的質(zhì)量。根據(jù)公開資料，準單晶最早在2006年由BPSolar研制成功，隨后國內(nèi)晶澳、鳳凰光伏、LDK、尚德、天合、昱輝、晶科等陸續(xù)發(fā)布其準單晶研究進展。但是準單晶技術存在很多瓶頸，多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明其目的就在于提供一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，克服傳 統(tǒng)高效多晶技術中，籽晶成本高，底部少子壽命低的問題，降低長晶過程中產(chǎn)生的位錯，同時減少纟甘禍底部雜質(zhì)擴散，從而提聞相應娃片的質(zhì)量。實現(xiàn)上述目的而采取的技術方案，包括以下步驟
a、將碎硅片鋪于坩堝底部，坩堝其余空間可以裝原生多晶硅或單、多晶循環(huán)料配料，裝入多晶鑄錠爐的爐體并封閉后，開始抽氣、加熱；
b、在化料階段，保持底部部分碎硅片不被熔化掉，然后轉(zhuǎn)入長晶階段；
C、初期長晶，長晶階段的前三個小時，速度為O. 1-1. 5厘米/小時；
d、中期長晶速度為1-1.8厘米/小時，后期長晶速度為O. 4-1厘米/小時；
e、長晶過程完成后，進入退火、冷卻步驟，冷卻完成后取出多晶硅錠。與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點。由于采用了用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，可以在普通鑄錠的成本下提高鑄錠質(zhì)量，提升相應硅片轉(zhuǎn)換效率。用碎硅片作為籽晶技術與準單晶技術相比，可以排除特殊單晶籽晶及籽晶切割成本，可以提升錠的可用切片比例，而轉(zhuǎn)換效率可以達到與籽晶相接近的水平。克服傳統(tǒng)高效多晶技術中，籽晶成本高，底部少子壽命低的問題，降低長晶過程中產(chǎn)生的位錯，同時減少坩堝底部雜質(zhì)擴散，從而提高相應硅片的質(zhì)量。
具體實施例方式本方法包括以下步驟
a、將碎硅片鋪于坩堝底部，坩堝其余空間可以裝原生多晶硅或單、多晶循環(huán)料配料，裝入多晶鑄錠爐的爐體并封閉后，開始抽氣、加熱；
b、在化料階段，保持底部部分碎硅片不被熔化掉，然后轉(zhuǎn)入長晶階段；
C、初期長晶，長晶階段的前三個小時，速度為O. 1-1. 5厘米/小時；
d、中期長晶速度為1-1.8厘米/小時，后期長晶速度為O. 4-1厘米/小時；
e、長晶過程完成后，進入退火、冷卻步驟，冷卻完成后取出多晶硅錠。
所述的碎硅片包括IC硅片，太陽能單、多晶切割破片，所述碎硅片均為晶體狀結(jié)構(gòu)。所述碎硅片鋪于坩堝底部和保持底部部分碎硅片不被熔化掉的碎硅片其厚度在3毫米以上，碎硅片層數(shù)在兩層以上。所述碎硅片的最長方向尺度大于10毫米的料的總質(zhì)量占坩堝底部鋪的總的碎硅片質(zhì)量和的30%以上。所述碎硅片中的晶粒最長方向尺寸大于10毫米的晶粒面積占碎硅片總面積的30%以上。本方法通過定向凝固來生長多晶硅錠的鑄錠爐，定向凝固的動力來自于被動冷卻，通過改變定向凝固塊(助凝塊)附近熱輻射、熱流，以及通過水冷、氣冷的方式來定向改變溫場，實現(xiàn)定向熔化，定向凝固。
化料階段料熔化的速度和剩余的高度，以及長晶階段晶體生長的速度和晶體生長的高度，可以通過插石英棒來檢測?；想A段料熔化的速度和剩余的高度，以及長晶階段晶體生長的速度和晶體生長的高度，可以通過界面檢測設備來控制熔化和長晶速度，熔化和長晶高度。本發(fā)明的工作原理用碎硅片作為籽晶，使長晶初期同質(zhì)形核，與無籽晶法相比(在氮化硅涂層上異質(zhì)形核)形核點減少，一方面減少長晶初期晶粒間競爭相對較少，可以減少應力的積累和位錯的形成，另一方面碎硅片的蓬松結(jié)構(gòu)可以阻礙坩堝底部雜質(zhì)的向硅料里面的擴散，最終使整個錠去掉頭尾部分的位錯減少，少子壽命提高，轉(zhuǎn)換效率也有明顯提升。包括以下幾個步驟
將碎硅片均勻鋪于陶瓷坩堝(主要成分SiO2)底部，厚度在3毫米以上，碎硅片上面按正常裝料方式裝其它投爐料；
封閉爐室后，開循環(huán)水，抽真空至10-0. SPa;
開始加熱，逐步增大功率，在硅料熔化階段開始通入氬氣，氣壓保持在O. 4-0. 8個大氣壓，并維持一;1 定氣壓；
調(diào)整鑄錠爐溫場，使底部碎硅片位置溫度在熔點以下；
熔化后期分時間段測量剩余未熔化硅料高度，硅料熔化位置要到底部鋪的碎硅片的最上層表面以下，最后保持3毫米厚度以上的碎硅片不被熔化掉；
溶液到達坩堝底部鋪的碎硅片上表面以下后，轉(zhuǎn)入長晶階段；
長晶完成后，再經(jīng)過退火，冷卻，最后取出多晶娃徒。實施例I、使用單晶碎硅片鋪于陶瓷坩堝底部作為籽晶，其余使用正常配料和正常的裝料方式裝料，來鑄造多晶硅錠。實施例2、使用多晶碎硅片鋪于陶瓷坩堝底部作為籽晶，其余使用正常配料和正常的裝料方式裝料，來鑄造多晶硅錠。實施例3、使用單多晶混合碎硅片鋪于陶瓷坩堝底部作為籽晶，其余使用正常配料和正常的裝料方式裝料，來鑄造多晶硅錠。實施例4、使用符合太陽能光伏硅材料要求的IC片料，及其與單晶、多晶碎硅片的混料，鋪于陶瓷坩堝底部作為籽晶，其余使用正常配料和正常的裝料方式裝料，來鑄造多晶硅錠。實施例5、如實施例I-實施例4所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，底部所鋪碎硅片的厚度為30毫米。實施例6、如實施例I-實施例4所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，底部所鋪碎硅片的厚度為40毫米。實施例7、如實施例I-實施例4所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，底部所鋪碎硅片的厚度為50毫米。實施例8、如實施例I-實施例4所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，底部所鋪碎硅片的厚度為60毫米。實施例9、如實施例I-實施例4所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，底部所鋪碎硅片的厚度為80毫米?！嵤├?0、如實施例I-實施例9所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，熔化剩余高度為6毫米。實施例11、如實施例I-實施例9所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，熔化剩余高度為8毫米。實施例12、如實施例I-實施例9所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，熔化剩余高度為15毫米。實施例13、如實施例I-實施例9所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，熔化剩余高度為25毫米。實施例14、如實施例I-實施例13所述的用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其中
(1)、將碎硅片均勻鋪于已做過保護涂層的陶瓷坩堝底部，將碎硅片均勻鋪于陶瓷坩堝底部，厚度在3毫米以上，碎硅片上面按正常裝料方式裝其它投爐料；
(2)、封閉爐室后，開循環(huán)水，抽真空至O.SPa;
(3)、開始加熱，逐步增大功率，在硅料熔化階段開始通入氬氣，氣壓保持在O.6個大氣壓，并維持一;1 定氣壓；
(4)、調(diào)整鑄錠爐溫場，使底部碎硅片位置溫度在熔點以下；
(5 )、熔化后期分時間段測量剩余未熔化硅料高度，硅料熔化位置要到底部鋪的碎硅片的最上層表面以下，最后保持3毫米厚度以上的碎硅片不被熔化掉；
(6)、溶液到達坩堝底部鋪的碎硅片上表面以下后，轉(zhuǎn)入長晶階段；
(7)、長晶完成后，再經(jīng)過退火，冷卻，最后取出多晶娃徒。
權(quán)利要求
1.一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其特征在于，包括以下步驟 a、將碎硅片鋪于坩堝底部，坩堝其余空間可以裝原生多晶硅或單、多晶循環(huán)料配料，裝入多晶鑄錠爐的爐體并封閉后，開始抽氣、加熱； b、在化料階段，保持底部部分碎硅片不被熔化掉，然后轉(zhuǎn)入長晶階段； C、初期長晶，長晶階段的前三個小時，速度為0. 1-1. 5厘米/小時； d、中期長晶速度為1-1.8厘米/小時，后期長晶速度為0. 4-1厘米/小時； e、長晶過程完成后，進入退火、冷卻步驟，冷卻完成后取出多晶硅錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其特征在于，所述的碎硅片包括IC硅片，太陽能單、多晶切割破片，所述碎硅片均為晶體狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其特征在于，所述碎硅片鋪于坩堝底部和保持底部部分碎硅片不被熔化掉的碎硅片其厚度在3毫米以上，碎硅片層數(shù)在兩層以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其特征在于，所述碎硅片的最長方向尺度大于10毫米的料的總質(zhì)量占坩堝底部鋪的總的碎硅片質(zhì)量和的30%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用碎硅片作為籽晶來鑄造多晶硅錠的方法，其特征在于，所述碎硅片中的晶粒最長方向尺寸大于10毫米的晶粒面積占碎硅片總面積的30%以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用碎硅片作為籽晶來生產(chǎn)多晶硅錠的方法，該方法采用在坩堝內(nèi)裝料時，先在已做過涂層的陶瓷坩堝底部鋪上一定厚度的碎硅片，并在熔化階段保持一定厚度的碎硅片不被熔化掉，然后轉(zhuǎn)入晶體生長階段進行多晶鑄錠，其中鋪的碎硅片厚度在3mm以上，熔化階段保持坩堝底部不熔化的碎硅片厚度為3mm以上。本發(fā)明的目的在于提供一種高質(zhì)量多晶硅鑄錠的方法，降低長晶過程中產(chǎn)生的位錯，同時減少坩堝底部雜質(zhì)擴散，從而提高相應硅片的質(zhì)量。
文檔編號C30B29/06GK102776557SQ20121029125
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者張新濤, 汪興華, 黃林 申請人:江西旭陽雷迪高科技股份有限公司