太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，涉及多晶硅或单晶硅铸锭用方法技术领域。所述方法利用钼制硅单晶棒夹持工具将硅单晶棒按相同晶向阵列排列在钼坩埚与陶瓷环的复合坩埚中，然后向钼坩埚中添加助溶剂（高纯铜粉或者细小的铜块），通过多温区及等离子熔炼使得熔体产生温度梯度凝固。等离子电极一方面提高硅熔体的凝固的界面稳定性，一方面通过铜元素的挥发减少成分过冷度。最终使得单晶块阵列快速凝固为一块整体的准单晶，利用具有高梯度凝固高速率凝固的特性，最后通过破坏陶瓷环来取出硅锭，该方法具有结晶效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法
本专利技术涉及多晶硅或单晶硅铸锭用方法
，尤其涉及一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法。
技术介绍
硅是重要的半导体材料，是制备芯片及集成电路的基础材料之一。随着石油等不可再生能源的枯竭，全世界越来越重视太阳能的应用。由于硅材料在地壳中含量丰富，目前硅材料被认为最为理想的太阳能转换材料，硅基太阳能电池被认为解决能源问题的最佳途径之一。光伏行业的发展，对高质量多晶硅晶体硅的需求越来越大。衬底的尺寸越大制备太阳能电池的成本就越低，但是制备晶体的难度增高。多晶硅因为晶界等原因发光效率要低于准单晶硅。因此，大尺寸低成本的准单晶制备非常有前途，非常有必要开发大尺寸，均匀性更好，更为经济的准单晶硅的制备方法及设备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种制备工艺简单、成本低、制备高的硅锭质量高的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装；给所述制备装置中的炉体抽真空至10-5Pa，充入惰性气体至0.5MPa，启动所述装置装置中的第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器和第五加热器，直至通过所述炉体顶部的观察窗观察到钼坩埚内若干个硅单晶棒钼夹持工具上的硅单晶棒之间的高纯铜粉或者细小铜块熔化为止，使得第一热偶温度在1062℃-1162℃之间，然后启动等离子电极，同时调节第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器和第五加热器的功率保持熔体温度恒定；通过控制热偶的测试温度控制硅单晶棒的局部熔化程度；待第二热偶与第一热偶的温度显示稳定后，首先逐步减少第四加热器和第五加热器的输出功率，同时为保证第二热偶的温度恒定，逐步加大等离子电极的功率直至第四加热器和第五加热器输出功率为0；待第四加热器和第五加热器输出功率为0后，逐步减少第三加热器的功率，同时为保证第二热偶的温度恒定逐步加大等离子电极的功率直至第三加热器输出功率输出为0；在第四加热器，第五加热器及第三加热器的功率减少的过程中，硅单晶棒不断粗化并相互以小角晶界的形式连接成为一个整体的准单晶硅；待第三加热器的功率减少至0后，硅单晶棒间的硅已经凝固完毕，熔体中主要为铜原子，然后缓慢停止等离子电极、第一加热器及第二加热器的功率。待晶锭冷却至室温后，将晶锭与陶瓷环一起取出，然后将陶瓷环敲碎，取出晶锭，将晶体上部的铜富集区切掉，即可制备准单晶硅锭。进一步的技术方案在于：所述太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装方法如下；将等离子电极和顶部保温套布置到上炉体内；将硅单晶棒放置到所述硅单晶棒钼夹持工具上，硅单晶棒的排列晶向一致，将硅单晶棒钼夹持工具规则排列放入钼坩埚中，将钼坩埚安装到陶瓷坩埚套内，然后将陶瓷环放入陶瓷坩埚套内部，其下部与钼坩埚的上侧面紧密连接，并将高纯铜粉或者细小的铜块布置在硅单晶棒间；布置第一加热器、第二加热器，第三加热器、第四加热器和第五加热器在陶瓷坩埚套的外侧，且所述第一加热器位于所述陶瓷坩埚套的上端开口上，所述第二加热器，第三加热器和第四加热器从上到下布置于所述陶瓷坩埚套的外周，所述第五加热器布置于所述陶瓷坩埚套的底部，在第二加热器，第三加热器、第四加热器和第五加热器的外侧布置下炉体侧面保温套；最后在所述下炉体侧面保温套的外周套设第一电磁感应器和第二电磁感应器，所述第一电磁感应器和第二电磁感应器从上到下设置，且第一电磁感应器和第二电磁感应器之间设置有间隙。进一步的技术方案在于：在安装所述钼坩埚时，使所述钼坩埚底部的坩埚杆从上到下依次穿过陶瓷坩埚套的底部、第五加热器以及下炉体的底部后从所述炉体内伸出，然后将第一热偶布置到所述坩埚杆的热偶安装槽内。进一步的技术方案在于：将第二热偶依次穿过下炉体的侧壁、第一电磁感应器与第二电磁感应器之间的空间以及下炉体侧面保温套后，使所述第二热偶的内侧端部位于第三加热器与下炉体侧面保温套之间。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法利用钼制硅单晶棒夹持工具将硅单晶棒按相同晶向阵列排列在钼坩埚与陶瓷环构成的复合坩埚中，然后向钼坩埚中添加助溶剂（高纯铜粉或者细小的铜块），通过多温区及等离子熔炼使得熔体产生温度梯度凝固；等离子电极一方面提高硅熔体的凝固的界面稳定性，一方面通过铜元素的挥发减少成分过冷度，最终使得单晶块阵列快速凝固为一块整体的准单晶，利用具有高梯度凝固高速率凝固的特性，最后通过破坏陶瓷环来取出硅锭，该方法具有结晶效率高的特点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例中所述制备装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例所述制备装置中硅单晶棒钼夹持装置及硅单晶棒的装配图；其中：1：上炉体；2：上炉体；3：等离子电极；4：电极保护陶瓷管；5：上炉体顶部保温套；6：第一加热器；7：第二加热器；8：第三加热器；9：第四加热器；10：第五加热器；11：钼坩埚；12：硅单晶棒钼夹持；13：硅单晶棒；14：陶瓷坩埚套；15：陶瓷环；16：等离子弧；17：硅-铜熔体；18：第一电磁感应器；19：第二电磁感应器；20：粉尘回收室；21：粉尘收集室；22：下炉体侧面保温套；23：第一热偶；24：进气管；25：观察窗；26：第二热偶。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图1-图2所示，本专利技术实施例公开了一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备装置，包括炉体，所述炉体内设置有陶瓷坩埚套14，所述陶瓷坩埚套14的底部设置有钼坩埚11。所述钼坩埚11的上侧设置陶瓷环15，所述陶瓷环15的外壁与所述陶瓷坩埚套14的内壁接触，且所述陶瓷环15的壁厚与钼坩埚11的壁厚相同。所述钼坩埚11内设置有硅单晶棒钼夹持工具12，通过硅单晶棒钼夹持工具12将硅单晶棒13按阵列排列在钼坩埚11中，硅单晶棒13的排列晶向一致；所述陶瓷坩埚套14的上端开口处设置有第一加热器6，陶瓷坩埚套14的外周从上到下设置有第二加热器7、第三加热器8和第四加热器9，所述陶瓷坩埚套14的底部设置有第五加热器10。所述第二加热器7、第三加热器8和第四加热器9的外侧设置有下炉体侧面保温套22，所述下炉体侧面保温套22的外侧设置有第一电磁感应器18和第二电磁感应器19。所述第一加热器6的上侧设置有上炉体顶部保温套5，等离子电极3的一端位于所述炉体外，等离子电极3的另一端依次穿过所述炉体、上炉体顶部保温套5以及第一加热器6后进入所述陶瓷环15并与所述硅单晶棒13的上侧面保持距离，且所述等离子电极3的外周设置有电极保护陶瓷管4。所述电极保护陶瓷管4的外周与所述炉体直接接触，且所述电极保护陶瓷管4的外周不与所述上炉体顶部保温套5以及第一加热器6接触。通过所述电极保护陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装；给所述制备装置中的炉体抽真空至10‑5Pa，充入惰性气体至0.5MPa，启动所述装置装置中的第一加热器（6）、第二加热器（7）、第三加热器（8）、第四加热器（9）和第五加热器（10），直至通过所述炉体顶部的观察窗（25）观察到钼坩埚（11）内若干个硅单晶棒钼夹持工具（12）上的硅单晶棒（13）之间的高纯铜粉或者细小铜块熔化为止，使得第一热偶（24）温度在1062℃‑1162℃之间，然后启动等离子电极（3），同时调节第一加热器（6）、第二加热器（7）、第三加热器（8）、第四加热器（9）和第五加热器（10）的功率保持熔体温度恒定，通过控制第二热偶（26）的测试温度控制硅单晶棒（13）的局部熔化程度；待第二热偶（26）与第一热偶（23）的温度显示稳定后，首先逐步减少第四加热器（9）和第五加热器（10）的输出功率，同时为保证第二热偶（26）的温度恒定，逐步加大等离子电极（3）的功率直至第四加热器（9）和第五加热器（10）输出功率为0；待第四加热器（9）和第五加热器（10）输出功率为0后，逐步减少第三加热器（8）的功率，同时为保证第二热偶（26）的温度恒定逐步加大等离子电极（3）的功率直至第三加热器（8）输出功率输出为0；在第四加热器（9），第五加热器（10）及第三加热器（8）的功率减少的过程中，硅单晶棒（13）不断粗化并相互以小角晶界的形式连接成为一个整体的准单晶硅；待第三加热器（8）的功率减少至0后，硅单晶棒（13）间的硅已经凝固完毕，熔体中主要为铜原子，然后缓慢停止等离子电极（3）、第一加热器（6）及第二加热器（7）的功率；待晶锭冷却至室温后，将晶锭与陶瓷环（15）一起取出，然后将陶瓷环（15）敲碎，取出晶锭，将晶体上部的铜富集区切掉，即可制备准单晶硅锭。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：太阳能电池用大尺寸硅锭制备装置的组装；给所述制备装置中的炉体抽真空至10-5Pa，充入惰性气体至0.5MPa，启动所述装置装置中的第一加热器（6）、第二加热器（7）、第三加热器（8）、第四加热器（9）和第五加热器（10），直至通过所述炉体顶部的观察窗（25）观察到钼坩埚（11）内若干个硅单晶棒钼夹持工具（12）上的硅单晶棒（13）之间的高纯铜粉或者细小铜块熔化为止，使得第一热偶（24）温度在1062℃-1162℃之间，然后启动等离子电极（3），同时调节第一加热器（6）、第二加热器（7）、第三加热器（8）、第四加热器（9）和第五加热器（10）的功率保持熔体温度恒定，通过控制第二热偶（26）的测试温度控制硅单晶棒（13）的局部熔化程度；待第二热偶（26）与第一热偶（23）的温度显示稳定后，首先逐步减少第四加热器（9）和第五加热器（10）的输出功率，同时为保证第二热偶（26）的温度恒定，逐步加大等离子电极（3）的功率直至第四加热器（9）和第五加热器（10）输出功率为0；待第四加热器（9）和第五加热器（10）输出功率为0后，逐步减少第三加热器（8）的功率，同时为保证第二热偶（26）的温度恒定逐步加大等离子电极（3）的功率直至第三加热器（8）输出功率输出为0；在第四加热器（9），第五加热器（10）及第三加热器（8）的功率减少的过程中，硅单晶棒（13）不断粗化并相互以小角晶界的形式连接成为一个整体的准单晶硅；待第三加热器（8）的功率减少至0后，硅单晶棒（13）间的硅已经凝固完毕，熔体中主要为铜原子，然后缓慢停止等离子电极（3）、第一加热器（6）及第二加热器（7）的功率；待晶锭冷却至室温后，将晶锭与陶瓷环（15）一起取出，然后将陶瓷环（15）敲碎，取出晶锭，将晶体上部的铜富集区切掉，即可制备准单晶硅锭。2.如权利要求1所述的太阳能电池用大尺寸硅锭的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书杰，孟静，
申请(专利权)人：孟静，
类型：发明
国别省市：河北,13