一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，包括步骤：一、熔化及排杂，过程如下：101、熔化：采用多晶硅铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行熔化，并向多晶硅铸锭炉内充入惰性气体进行保压；102、降压排杂；103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉的气压进行升压，再对硅料继续熔化，并通过调整顶部加热器和/或四个侧部加热器的加热功率使0.8≤c＜1，c为多晶硅铸锭炉的顶侧比系数；二、长晶及同步排杂：通过调整顶部加热器和/或四个侧部加热器的加热功率使0.3≤c＜0.9。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果，通过熔料后期同步排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂有效减少铸锭成品的硬质点，能有效提高铸锭成品的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多晶硅铸锭
，尤其是涉及一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法。
技术介绍
光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上(即非硅杂质总含量在1ppm以下)，否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶硅片生产技术有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4(每个硅锭重约270公斤，可切4×4＝16个硅方)进步到G5(5×5＝25个硅方)，然后又进步到G6(6×6＝36个硅方)。并且，所生产多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶硅铸锭的制造成本逐步降低。实际生产过程中，太阳能多晶硅铸锭时，需使用石英坩埚来填装硅料，且将硅料投入石英坩埚后，通常情况下还需经预热、熔化(也称熔料)、长晶(也称定向凝固结晶)、退火、冷却等步骤，才能完成多晶硅铸锭过程。目前，光伏产业技术行业中，多晶硅锭铸造技术的改善是降低电池成本的主要途径之一。铸造多晶硅中包含杂质和氧都会形成硬质点等杂质并影响太阳能电池的转换效率。目前，多晶硅铸锭方法主要有半熔铸锭法和全熔铸锭法两种。其中，半熔铸锭法(也称为有籽晶铸锭多晶硅法、有籽晶高效多晶硅技术、半熔高效法等)，是指采用毫米级硅料作为形核中心进行外延生长，铸造低缺陷高品质的多晶硅铸锭；全熔铸锭法(也称为无籽晶铸锭多晶硅法、无籽晶高效多晶硅技术、全熔高效法等)，是指采用非硅材料在坩埚底部制备表面粗糙的异质形核层，通过控制形核层的粗糙度与形核时过冷度来获得较大形核率，铸造低缺陷高品质多晶硅铸锭。有籽晶高效多晶硅技术是硅材料的外延生长，而无籽晶高效多晶硅技术是一种异质形核；虽然两者都可以获得高品质的小晶粒高效多晶硅铸锭，但是由于形核机理不同，两种技术生长的晶体硅存在一定的差异。采用半熔铸锭法进行多晶硅铸锭过程中，使用多晶硅碎片铺在坩埚底部作为籽晶，在熔化过程中控制硅料的熔化速度，在熔化结束步骤中保证底部剩余1cm～2cm厚的硅料，剩余的硅料作为长晶所需的引晶材料。实验结果表明：半熔铸锭法可以减少硅锭底部晶花尺寸，降低硅锭内部晶格位错比例，而且半熔铸锭过程中硅锭长晶过程基本能保持竖直方向生长，测试结果显示半熔铸锭法的硅锭转换效率比同等条件下的全熔铸锭法的硅锭转换效率高。目前，太阳能多晶硅铸锭的半熔铸锭工艺以其晶花好等优点受到市场的一致推广，然而半熔铸锭工艺中由于坩埚侧部的硅料没有熔完，原料中的杂质和氧没有得到有效的排杂，导致这些杂质在铸锭过程中形成硬质点，对产品的质量有很大的影响。现有的半熔铸锭工艺能做到将铸锭成品的硬质点控制在3％～5％百分点，波动范围较大，并且这个数据是毛方探伤的数据，准方数据更高且硬质点比例达5％以上。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果，通过熔料后期同步排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂有效减少铸锭成品的硬质点，能有效提高铸锭成品的质量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、熔化及排杂，过程如下：步骤101、熔化：将多晶硅铸锭炉内位于坩埚上方的顶部加热器和四个分别布设在坩埚的四个侧壁外侧的侧部加热器均开启后，按照常规的多晶硅半熔铸锭法，采用多晶硅铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行熔化，熔化温度为T1～T2；其中，T1＝1125℃～1285℃，T2＝1530℃～1550℃；步骤101中进行熔化过程中，向多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉内气压保持在Q1，其中Q1＝550mbar～650mbar；步骤102、降压排杂，过程如下：步骤1021、降压：将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉的气压由Q1降至Q2，降压时间为8min～12min；其中，Q2＝350mbar～450mbar；步骤1022、保压：将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉内气压保持在Q2，保压时间为10min～60min；步骤103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉的气压由Q2升至Q1，再采用多晶硅铸锭炉对装于坩埚内的硅料继续熔化，继续熔化时间为15min～40min；继续熔化过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使0.8≤c＜1，并使多晶硅铸锭炉的加热温度从T2逐步降至T3；其中，T3为多晶硅结晶温度且T3＝1420℃～1440℃；其中，c为多晶硅铸锭炉的顶侧比系数且cding为顶部加热器的功率比系数且Pd为顶部加热器的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器的最大加热功率；Pc为侧部加热器的实际加热功率，Pcmax为侧部加热器的最大加热功率；Pdmax＜Pcmax；步骤二、长晶及同步排杂：步骤一中熔化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入长晶过程；长晶过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使0.3≤c＜0.9。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一中所述顶部加热器通过第一电极与顶部加热电源连接，四个所述侧部加热器均通过第二电极与侧部加热电源连接；所述顶部加热电源和侧部加热电源均与加热功率调节装置连接，所述加热功率调节装置为对顶部加热电源和侧部加热电源的输出功率分别进行调节的功率调节装置。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一和步骤二中四个所述侧部加热器的加热功率均相同；。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一和步骤二中所述顶部加热器的实际加热功率为70kW～90kW；步骤一中所述Pdmax的150kW～180kW，Pcmax＝220kW～260kW。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤101中进行熔化时，包括以下步骤：步骤1011、升温：将多晶硅铸锭炉的加热温度从T1逐步升高至T2；升温过程中，所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Q1；其中Q1＝550mbar～650mbar；本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的顶侧比系数c＝1；步骤1012、第一次保温：将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并保温4h～8h；保温过程中，所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Q1；本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的顶侧比系数c＝1；步骤1013、第二次保温：将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T2，并保温10h～14h；保温过程中，所述多晶硅铸锭炉内气压保持在Q1；本步骤中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使0.9≤c＜1.3。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤1013中进行第二次保温过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使c从1.2逐渐降低至0.95。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤103中熔化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使c从0.95逐渐降低至0.8。上述一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征是：步骤二中进行长晶及同步排杂之前，先将多晶硅铸锭炉的加热温度从T3降至T4，其中T4＝1410℃～1430℃；步骤二中进行长晶及同步排杂时，包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、熔化及排杂，过程如下：步骤101、熔化：将多晶硅铸锭炉(3)内位于坩埚(1)上方的顶部加热器(2)和四个分别布设在坩埚(1)的四个侧壁外侧的侧部加热器(4)均开启后，按照常规的多晶硅半熔铸锭法，采用多晶硅铸锭炉(3)对装于坩埚(1)内的硅料进行熔化，熔化温度为T1～T2；其中，T1＝1125℃～1285℃，T2＝1530℃～1550℃；步骤101中进行熔化过程中，向多晶硅铸锭炉(3)内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q1，其中Q1＝550mbar～650mbar；步骤102、降压排杂，过程如下：步骤1021、降压：将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)的气压由Q1降至Q2，降压时间为8min～12min；其中，Q2＝350mbar～450mbar；步骤1022、保压：将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q2，保压时间为10min～60min；步骤103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉(3)的气压由Q2升至Q1，再采用多晶硅铸锭炉(3)对装于坩埚(1)内的硅料继续熔化，继续熔化时间为15min～40min；继续熔化过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使0.8≤c＜1，并使多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T2逐步降至T3；其中，T3为多晶硅结晶温度且T3＝1420℃～1440℃；其中，c为多晶硅铸锭炉(3)的顶侧比系数且cding为顶部加热器(2)的功率比系数且Pd为顶部加热器(2)的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器(2)的最大加热功率；Pc为侧部加热器(4)的实际加热功率，Pcmax为侧部加热器(4)的最大加热功率；Pdmax＜Pcmax；步骤二、长晶及同步排杂：步骤一中熔化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入长晶过程；长晶过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使0.3≤c＜0.9。...

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、熔化及排杂，过程如下：步骤101、熔化：将多晶硅铸锭炉(3)内位于坩埚(1)上方的顶部加热器(2)和四个分别布设在坩埚(1)的四个侧壁外侧的侧部加热器(4)均开启后，按照常规的多晶硅半熔铸锭法，采用多晶硅铸锭炉(3)对装于坩埚(1)内的硅料进行熔化，熔化温度为T1～T2；其中，T1＝1125℃～1285℃，T2＝1530℃～1550℃；步骤101中进行熔化过程中，向多晶硅铸锭炉(3)内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q1，其中Q1＝550mbar～650mbar；步骤102、降压排杂，过程如下：步骤1021、降压：将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)的气压由Q1降至Q2，降压时间为8min～12min；其中，Q2＝350mbar～450mbar；步骤1022、保压：将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q2，保压时间为10min～60min；步骤103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉(3)的气压由Q2升至Q1，再采用多晶硅铸锭炉(3)对装于坩埚(1)内的硅料继续熔化，继续熔化时间为15min～40min；继续熔化过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使0.8≤c＜1，并使多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T2逐步降至T3；其中，T3为多晶硅结晶温度且T3＝1420℃～1440℃；其中，c为多晶硅铸锭炉(3)的顶侧比系数且cding为顶部加热器(2)的功率比系数且Pd为顶部加热器(2)的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器(2)的最大加热功率；Pc为侧部加热器(4)的实际加热功率，Pcmax为侧部加热器(4)的最大加热功率；Pdmax＜Pcmax；步骤二、长晶及同步排杂：步骤一中熔化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入长晶过程；长晶过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使0.3≤c＜0.9。2.按照权利要求1所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤一中所述顶部加热器(2)通过第一电极与顶部加热电源(2-1)连接，四个所述侧部加热器(4)均通过第二电极与侧部加热电源(4-1)连接；所述顶部加热电源(2-1)和侧部加热电源(4-1)均与加热功率调节装置(6)连接，所述加热功率调节装置(6)为对顶部加热电源(2-1)和侧部加热电源(4-1)的输出功率分别进行调节的功率调节装置。3.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤一和步骤二中四个所述侧部加热器(4)的加热功率均相同；。4.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波波，贺鹏，蔺文，虢虎平，
申请(专利权)人：西安华晶电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61