一种类单晶硅铸锭工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种类单晶硅铸锭工艺，主要步骤包括：在平底坩埚底部籽晶碎块；边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；在籽晶块上铺设硅料；将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。相对于传统类单晶硅铸锭工艺，本发明专利技术工艺中使用了特有结构的籽晶块，使得铸锭过程中，拼接面缝隙能够得到很好的控制，提高了单晶面积比例；并且由于边框籽晶块的限位作用，防止籽晶块受热翘起，提高铸锭质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及类单晶硅铸锭工艺，属于硅晶体制造领域。
技术介绍
近年来，单晶硅和多晶硅广泛应用于光伏太阳能电池、液晶显示等领域。目前类硅单晶的常用制造方法为定向凝固法，该方法在平底坩埚底部铺设长方体籽晶，籽晶规则排列形成籽晶层。硅料置于平底坩埚内，铺设于籽晶层上。通过熔化阶段的温度控制，待硅料熔融后，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化，再经定向散热而在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得与籽晶相似或一样的晶粒。长方体籽晶规则排列的拼接方式下，定向凝固法生长类单晶的过程中，易产生位错源，进而导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。经研究表明，晶界导致单晶面积比例下降，位错导致硅片形成大量的缺陷，太阳能电池的光电转换效率降低、使用寿命减短，从而影响光伏器件的性能。为此，中国专利技术专利申请CN103060892A公开了“一种类单晶硅铸锭用籽晶拼接方法”，将籽晶传统的竖直拼接面改为带有倾斜角度或弧度的拼接面。采用拼接面切向与平底坩埚底部平面的法线方向，二者不重合的籽晶拼接方式，通过改变籽晶的形状来减少位错源，甚至减少多晶晶界产生，实现全单晶，位错源少的类单晶生长。进而减少了硅片的位错缺陷，提高了单晶面积比例，提高了太阳能电池的光电转换效率、延长了电池的寿命，从而提高了光伏器件的性能。然而专利技术人经过实验发现，上述方法仍在存在缺陷。虽然斜面拼接结构一定程度上减少了间隙的产生，但是由于斜面光滑使得该籽晶拼接方式在籽晶拼接和硅料装填过程中，可能因压力导致籽晶拼接变形，从而影响后续单晶铸锭质量，对籽晶的拼接提出了很高的技术要求，工艺容差性能变差。同时，在加热过程中紧致排列的籽晶受热膨胀，可能会翘起，籽晶之间的拼接缝隙会变大，导致后续晶体位错增殖，或形成多晶晶界。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种类单晶硅铸锭工艺，单晶铸锭质量较高。为了达到上述目的，本专利技术提出的一种类单晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；T4、在籽晶块上铺设硅料；T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。本专利技术进一步的改进在于：1、所述边框籽晶块具有适合从上方压住平板籽晶块上表面的凸块。2、所述平板籽晶块的拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。3、所述边框籽晶块的下端具有尖部，用于插入铺设于坩埚底部的籽晶碎块之间。4、所述凸块的上方具有向坩埚内部倾斜的斜面，用于引导平板籽晶块从凸块上方划入凸块下方。本专利技术铸锭工艺中，放入边框籽晶块和平板籽晶块的顺序可以对调。即：步骤T2替换为：将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，使平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间留有均匀的间隙。步骤T3替换为：将边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间的间隙，并下压使边框籽晶块插入籽晶碎块，边框籽晶块的凸块压住平板籽晶块。本专利技术的边框籽晶块具有能够压住平板籽晶块的凸块，因此当平板籽晶块放入坩埚后即被固定住而不可晃动，由于边框籽晶块的挤压作用，降低平板籽晶块受热翘起的可能，确保单晶铸锭质量。此外，借助边框籽晶块，平板籽晶块能够更接近水平的放置于坩埚内，这是因为坩埚底部难以保证绝对的平整，铺设籽晶碎块后也会降低平整度，而边框籽晶块能够起到基准定位的作用，即在边框籽晶块插入位置准确的情况下，边框籽晶块的凸台即形成了“水平基准线”，借助该“水平基准线”能够做到放入的平板籽晶块保持水平，为提高铸锭质量奠定了基础。相对于传统类单晶硅铸锭工艺，本专利技术工艺中使用了特有结构的籽晶块，使得铸锭过程中，拼接面缝隙能够得到很好的控制，提高了单晶面积比例；并且由于边框籽晶块的限位作用，防止籽晶块受热翘起，提高铸锭质量。此外；本专利技术铸锭工艺中籽晶拼接方法简单，操作人员容易掌握，且拼接质量能够得到有效保证，从而使本专利技术类单晶硅铸锭工艺能够在工业上实现，具有较强的实用价值。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术铸锭工艺所用籽晶块的拼接示意图。图中标号示意如下：1-边框籽晶块，2-平板籽晶块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一图1是本专利技术籽晶块拼接示意图。如图1所示，为本专利技术铸锭工艺所用籽晶块拼接示意图。籽晶块包括：用于靠在坩埚四周内壁的边框籽晶块1，和用于放置在所述边框籽晶块围成区域内的若干平板籽晶块2，相邻平板籽晶块之间具有拼接结构，边框籽晶块1具有适合从上方压住平板籽晶块上表面的凸块；凸块的上方具有向坩埚内部倾斜的斜面，用于引导平板籽晶块从凸块上方划入凸块下方；边框籽晶块1的下端具有尖部，用于插入铺设于坩埚底部的籽晶碎块之间。平板籽晶块的拼接结构为卡槽结构、扣板结构、梯形结构中的一种。本实施例类单晶硅铸锭的工艺，步骤如下：T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；T4、在籽晶块上铺设硅料；T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。实施例二本实施例铸锭工艺主要步骤与实施例一相同，主要区别在于：放入边框籽晶块和平板籽晶块的顺序可以对调。即：步骤T2替换为：将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，使平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间留有均匀的间隙。步骤T3替换为：将边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入平板籽晶块外边缘与坩埚内壁之间的间隙，并下压使边框籽晶块插入籽晶碎块，边框籽晶块的凸块压住平板籽晶块。除上述实施例外，本专利技术还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本专利技术要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种类单晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；T4、在籽晶块上铺设硅料；T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种类单晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：
T1、在平底坩埚底部籽晶碎块；
T2、边框籽晶块沿着坩埚四周内壁插入籽晶碎块；
T3、将拼接好的平板籽晶块整体放入坩埚，并沿着边框籽晶块下降，使边框籽晶块压住平板籽晶块；
T4、在籽晶块上铺设硅料；
T5、将坩埚放入铸锭炉内并抽真空；
T6、通过熔化阶段的温度控制，使硅料熔融渗入拼接缝隙，籽晶从与硅液接触的面开始逐渐熔化；
T7、经定向散热，在未熔化籽晶上实现硅锭的定向生长，获得类单晶铸锭。
2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，黄倩露，周海峰，邓洁，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32