硅锭的铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种硅锭的铸造方法，包括步骤：在坩埚中进行装料，底层原料包括多晶硅粉、中间层原料由单晶硅片拼接而成、上层原料为多晶硅料；将坩埚置于铸锭炉中并抽真空，将多晶硅粉烧结使单晶硅片固定；控制炉内的垂直温度梯度，使单晶硅片的上部部分熔化、并使多晶硅料熔化；控制炉内的垂直温度梯度，使晶粒沿着未熔化的单晶硅片向上生长并得到硅锭。本发明专利技术能提高硅锭的晶粒尺寸、提高由硅锭制成的硅电池片的光电转换效率，能降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏产品制造领域，特别是涉及一种。
技术介绍
太阳能电池的主要原料为硅晶体，包括单晶硅和多晶硅。单晶硅主要采用直拉法制备，其特点是晶体结构完整，晶体缺陷数量低，制备的硅电池光电转换效率高。但是采用该方法制备的硅电池成本较高，生产效率较低。由于其生产技术特点，直拉法生产的单晶硅锭呈圆柱形，在切割成方形电池片的过程中，材料的利用率较低。多晶硅一般采用定向凝固的方法制备，采用方形坩埚，生产效率高，材料利用率高。其缺点是生产出的硅晶体含大量的晶界、位错等缺陷，导致其制备的硅电池光晶转换效·率明显低于单晶硅电池。采用铸造的方法生产出单晶硅电池是一种很有效的解决硅电池成本与转换效率之间的矛盾的方法。美国专利US20070169684和中国专利2010101981425都公开了一种利用坩埚底部放置籽晶即单晶硅诱导液态硅结晶成单晶硅的方法，具有较广阔的应用前景。但是由于固态硅的密度低于液态硅，放置于坩埚底部的固态硅在与液态硅接触润湿后，可能会发生上浮，导致诱导长晶失败。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，能提高硅锭的晶粒尺寸、提高由娃锭制成的娃电池片的光电转换效率，能降低生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供的，包含以下几个步骤步骤一、在坩埚中进行装料首先、在坩埚的底部表面铺设底层原料，所述底层原料包括多晶硅粉；其次、在所述底层原料上铺设中间层原料，所述中间层原料由多块单晶硅片拼接而成；再次、在所述中间层原料上填充上层原料，所述上层原料由多晶硅料组成；所述多晶硅料经过提纯并且根据将要形成的硅锭的目标电阻率添加了掺杂剂。步骤二、将装料后的所述坩埚置于铸锭炉中、并对所述铸锭炉抽真空；对所述坩埚的底部进行加热并到达一定温度，该温度使所述坩埚底部的所述多晶硅粉烧结、并形成烧结层；所述烧结层上面与所述单晶硅片粘结、所述烧结层的下面与所述坩埚底部粘结，从而固定住所述单晶硅片。步骤三、保持所述底层原料的所述多晶硅粉为固态，使所述单晶硅片的上部部分熔化，并使所述上层原料的所述多晶硅料熔化。步骤四、控制所述铸锭炉的炉内的垂直温度梯度，使晶粒沿着未熔化的所述单晶硅片向上生长，最后得到与所述单晶硅片相同尺寸的硅锭。进一步的改进是，步骤一中所述多晶硅粉的粒度为500目 5000目，所述底层原料的厚度为O. I毫米 5毫米。进一步的改进是，步骤一所述底层原料还包括添加剂粉，所述添加剂粉为硅溶胶，或所述添加剂粉为氟硅酸和二氧化硅的混合物，所述添加剂粉的粒度为1000目 20000目、纯度为99. 999%以上。进一步的改进是，步骤一中所述单晶硅片为从单晶硅棒上截取形成的，所述单晶硅片的尺寸为6寸、8寸或12寸，所述单晶硅片的厚度为5毫米 30毫米。进一步的改进是，步骤二中所述抽真空的真空度为KT1Pa IO5Pa,对所述坩埚底部的所述多晶硅粉进行烧结的温度为1380°C 1405°C。进一步的改进是，步骤三中对所述单晶硅片进行加热的温度为1380°C 1415°C，所述单晶硅片的上部熔化的部分的厚度为所述单晶硅片的熔化前的总厚度的10 90%。本专利技术的有益效果为 I、本专利技术方法通过在坩埚底部形成一烧结层将作为籽晶的单晶硅片固定住，使晶粒生长过程中单晶硅片不上浮，能够消除现有铸造方法形成硅锭的长晶过程中单晶硅片会上浮而使长晶失败的缺陷，从而能够采用铸造的方法制备出由超大晶粒组成的硅锭，使晶粒的尺寸大大增加。2、本专利技术所述添加剂粉在坩埚底部受热过程中有利于底层原料的烧结，从而更有效的固定作为籽晶的单晶硅片。3、由于硅锭的晶粒增大且硅锭中的多晶硅得到减少，将硅锭按采用的籽晶即单晶硅片尺寸切方制成硅电池片，能得到接近或完全的单晶硅电池片，最后制成的硅电池片的光电转换效率可达到平均17. 5% 18%，比现有采用定向凝固的方法形成的多晶硅电池片提高I 2%，等同于采用现有直拉法形成的单晶硅电池片的效率。4、本专利技术方法的生产成本与现有采用定向凝固的方法制备多晶硅电池片的成本接近，但要大大低于采用现有直拉法形成的单晶硅电池片的成本。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I是本专利技术实施例方法的流程图；图2是本专利技术实施例方法的步骤一中在坩埚中装料后的坩埚示意图；图3是本专利技术实施例方法的步骤一中在坩埚中装料后的中间层的拼接图。具体实施例方式如图I所示，是本专利技术实施例方法的流程图，本专利技术实施例包含以下几个步骤步骤一、如图2所示，在坩埚100中进行装料首先、在坩埚100的底部表面铺设底层原料101，所述底层原料101包括纯净的多晶硅粉和添加剂粉。所述多晶硅粉的粒度为500目 5000目，所述底层原料101的厚度为O.I毫米 5毫米。所述添加剂粉为硅溶胶，或所述添加剂粉为氟硅酸和二氧化硅的混合物，所述添加剂粉的粒度为1000目 20000目、纯度为99. 999%以上。其次、在所述底层原料101上铺设中间层原料102，所述中间层原料102由多块单晶硅片102a拼接而成，如图3所示，为本专利技术实施例方法的中间层原料102的多块所述单晶硅片102a的拼接图。所述单晶硅片102a为从单晶硅棒上截取形成的，所述单晶硅片102a的尺寸选用现有市面上常见的单晶硅电池片的尺寸如6寸、8寸或12寸等，所述单晶硅片102a的厚度为5毫米 30毫米。再次、在所述中间层原料102上填充上层原料103，所述上层原料103由多晶硅料组成；所述多晶硅料经过提纯并且根据将要形成的硅锭的目标电阻率添加了掺杂剂。步骤二、将装料后的所述坩埚100置于铸锭炉中、并对所述铸锭炉抽真空，所述抽真空达到的真空度为KT1Pa 105Pa。对所述坩埚100的底部进行加热并到达一定温度，该温度为1380°C 1405°C、能使所述坩埚100底部的所述多晶硅粉烧结、并形成烧结层；所述烧结层上面与所述单晶硅片102a粘结、所述烧结层的下面与所述坩埚100底部粘结，从而固定住所述单晶硅片102a。所述添加剂粉在所述坩埚100的底部受热过程中有利于所述多晶硅粉的烧结。步骤三、控制所述铸锭炉的炉内的垂直温度梯度，保持所述底层原料101的所述多晶硅粉为固态，使所述单晶硅片的上部部分熔化，并使所述上层原料的所述多晶硅料熔 化。所述铸锭炉的炉内的对所述单晶硅片102a进行加热的温度为1380°C 1415°C，加热使所述单晶硅片102a的上部部分熔化、且所述单晶硅片102a的上部熔化的部分的厚度为所述单晶硅片102a的熔化前的总厚度的10 90%。步骤四、控制所述铸锭炉的炉内的垂直温度梯度，使晶粒沿着未熔化的所述单晶硅片102a向上生长，最后得到与所述单晶硅片102a相同尺寸的硅锭。本专利技术第一较佳实施例本专利技术第一较佳实施例包含以下几个步骤步骤一、如图2所示，在坩埚100中进行装料，所述坩埚100采用市售内径为840X840X420毫米的坩埚，装料步骤为首先、在坩埚100的底部表面铺设底层原料101，所述底层原料101包括多晶硅粉。所述多晶硅粉的粒度为500目，所述底层原料101的厚度为2毫米。其次、在所述底层原料101上铺设中间层原料102，所述中间层原料102由多块单晶硅片102a拼接而成。所述单晶硅片102a为从单晶硅棒上截取形成的，所述单晶硅片102a的尺寸选用6寸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅锭的铸造方法，其特征在于，包含以下几个步骤：步骤一、在坩埚中进行装料：首先、在坩埚的底部表面铺设底层原料，所述底层原料包括多晶硅粉；其次、在所述底层原料上铺设中间层原料，所述中间层原料由多块单晶硅片拼接而成；再次、在所述中间层原料上填充上层原料，所述上层原料由多晶硅料组成；所述多晶硅料经过提纯并且根据将要形成的硅锭的目标电阻率添加了掺杂剂；步骤二、将装料后的所述坩埚置于铸锭炉中、并对所述铸锭炉抽真空；对所述坩埚的底部进行加热并到达一定温度，该温度使所述坩埚底部的所述多晶硅粉烧结、并形成烧结层；所述烧结层上面与所述单晶硅片粘结、所述烧结层的下面与所述坩埚底部粘结，从而固定住所述单晶硅片；步骤三、控制所述铸锭炉的炉内的垂直温度梯度，保持所述底层原料的所述多晶硅粉为固态，使所述单晶硅片的上部部分熔化，并使所述上层原料的所述多晶硅料熔化；步骤四、控制所述铸锭炉的炉内的垂直温度梯度，使晶粒沿着未熔化的所述单晶硅片向上生长，最后得到与所述单晶硅片相同尺寸的硅锭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史珺，孙文彬，
申请(专利权)人：上海普罗新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：