【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏材料制备工艺和装置,特别是涉及一种硅材料制备工艺和装置,应用于制备太阳能级带硅。
技术介绍
在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天,利用硅晶体所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。传统的太阳能电池使用的硅片是由硅锭切割而来,由于目前的线锯技术的局限,硅锭加工成硅块约有30%的娃材料会被损失,而娃块加工成娃片大概有34-50%的娃材料会被损失,而切割出来的娃片又需要检测筛选,后续的工序同样会造成损失。因此,采用改良西门子法制备的多晶硅,通过直拉单晶或者方形铸锭,再切割成硅片的工艺中存在巨大的材料切割损失,这将导致太阳能硅片的成本大大增加。而采用带硅制备技术,直接从硅熔体中定向凝固形成最终厚度的硅片,可以避免大量的切割损失,提高生产效率,因而可以大大降低太阳能硅片的生产成本,因此成为当今太阳能硅片制备的重要开发方向。目前开发的从硅熔体直接生产带硅的方法主要有线拉法(SR)、定边喂膜法(EFG)、衬底带状生长法(RGS)、粉末熔敷生长法(SSP)等。线拉法和定边喂膜法等都需要引入耐高温细丝或者石墨模具,不可避免对硅熔体造成污染,进而影响到硅片的光电转化效率。衬底带状生长法和粉末熔敷生长法等则同样面临衬底材料的污染以及衬底材料的剥离等难点而无法实现大规模的工业应用,且制备的硅片仍然存在很多缺陷,其光电转换效率仍然较低。因此,要提高硅片的光电转化效率,必须开发新的硅片直接成型技术。对线拉法和定边喂膜法而言,耐高温细丝和石墨模具的引入主要是为了克服上拉法制备硅片时,固液界面处表面张力的径向拉升,因 ...
【技术保护点】
一种直接成形制备带硅的方法,其特征在于:在固体的硅片和硅熔体的固液界面区域施加交变磁场,而交变磁场又在固液界面前沿处的硅熔体中形成感生电流,通过交变磁场和感生电流的共同作用,在硅片和硅熔体的固液界面处,形成垂直固液界面并指向硅熔体内部的电磁挤压力,通过调整交变磁场强度来调整电磁挤压力的大小,使电磁挤压力完全抵消硅片窄边固液界面处向内的表面张力,从而使柔性的电磁力约束并稳定硅片和硅熔体的固液界面的形状,保持硅熔体的温度恒定,特别同时在硅片和硅熔体的固液界面区域设置冷却温度梯度,使柔性的电磁力约束的硅熔体成形并持续凝固,然后将凝固的带状硅铸坯持续拉出,直接制备带硅。
【技术特征摘要】
1.一种直接成形制备带硅的方法,其特征在于在固体的硅片和硅熔体的固液界面区域施加交变磁场,而交变磁场又在固液界面前沿处的硅熔体中形成感生电流,通过交变磁场和感生电流的共同作用,在硅片和硅熔体的固液界面处,形成垂直固液界面并指向硅熔体内部的电磁挤压力,通过调整交变磁场强度来调整电磁挤压力的大小,使电磁挤压力完全抵消硅片窄边固液界面处向内的表面张力,从而使柔性的电磁力约束并稳定硅片和硅熔体的固液界面的形状,保持硅熔体的温度恒定,特别同时在硅片和硅熔体的固液界面区域设置冷却温度梯度,使柔性的电磁力约束的硅熔体成形并持续凝固,然后将凝固的带状硅铸坯持续拉出,直接制备带硅。2.根据权利要求1所述的直接成形制备带硅的方法,其特征在于交变磁场通过感应线圈产生,即在硅熔体初始凝固的液固界面区域,围绕硅片非接触设置所述感应线圈,通过改变所述感应线圈中的交变电流大小和频率,来调整电磁挤压力的大小。3.根据权利要求2所述的直接成形制备带硅的方法,其特征在于所述感应线圈的匝数为I 1000匝,通入所述感应线圈的电流大小0-100000A。4.根据权利要求1 3中任意一项所述的直接成形制备带硅的方法,其特征在于保持硅熔体温度恒定在1430 1450°C区间中的某一温度,制备带硅的硅熔体带状铸坯提拉速度为O.1 1000mm/min,硅熔体带状铸坯厚度为50 1000微米,硅熔体带状铸坯的宽度为40 500晕米。5.根据权利要求1 3中任意一项所述的直接成形制备带硅的方法,其特征在于将初始凝固的硅熔体带状铸坯拉出所采用的籽晶硅片为单晶硅片、多晶硅片或者准单晶硅片。6.一种实现权利要求1 3中任意一项所述的直接成形制备带娃的方法的娃片直接成形装置,其特征在于,包括硅料熔化保温装置、加料装置、直拉引锭装置(11)和带硅软接触成形装置,具体为 所述硅料熔化保温装置为真空炉,由石英坩埚(5)、保温石墨筒(6)、加热装置(7)、保温石墨毡(8)、热电偶(9)、温控仪(10)和炉壳(12)构成,所述加热装置(7)采用感应加热或者电阻加热的方式进行加热,所述加热装置(7)与真空炉外的外部电源连接,所述热电偶(9)与所述温控仪(10)信号连接,通过所述热电偶(9)实时检测所述石英坩埚(5)的温度,对外部电源形成信号反馈,通过所述温控仪(10)控制所述加热装置(7)的加热输出功率,进而控制在所述坩埚(8)内的硅熔体(3)的温度,将所述坩埚(5)置于所述保温石墨筒(6)中,所述保温石墨筒(6)的外围周边设置加热装置(7),...
【专利技术属性】
技术研发人员:钟云波,沈喆,黄靖文,龙琼,孙宗乾,吴秋芳,李甫,周鹏伟,董立城,郑天祥,
申请(专利权)人:上海大学,
类型:发明
国别省市:
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