一種用于生產多晶硅的高效坩堝的裝料方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多晶硅太陽能電池技術領域，特別涉及一種用于生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著不可再生能源的日益枯竭，太陽能電池得到了快速的發展。由于鑄造多晶硅的制備工藝相對簡單，成本遠低于單晶硅，因此多晶硅逐步取代直拉單晶硅在太陽能電池材料市場的主導地位，成為行業內最主要的光伏材料。但相對于直拉單晶硅而言，鑄造多晶硅中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷和材料中的雜質碳和氧，使多晶硅電池的轉換效率低于直拉單晶硅太陽能電池，成為了限制多晶硅太陽能電池發展的瓶頸。多晶硅片內在質量對最終的電池轉換效率有直接影響，提高多晶硅片的內在質量是提高電池轉換效率的重要手段。多晶硅片的內在質量取決于其切割成型之前的多晶硅錠的質量。因此，提高多晶硅鑄錠技術，獲得高質量的多晶硅錠已成為各大公司的研宄方向。
[0003]控制晶體初始形核的大小和晶粒方向是提高硅錠質量的前提和基礎。早期常規的多晶鑄錠方法中，初始的形核是隨機的、自由的，并不是優化的晶粒和晶向，而且晶粒尺寸不一，局部缺陷密度高，“短板”效應將整個硅片的效率拉低。針對此缺點，目前行業里面普遍采用多種方法以實現初始形核時形成均勻的小晶粒。雖然行業里各大公司都有自己的方法以實現均勻的小晶粒，但思路基本是一致的，主要是使用底部具有粗糙石英砂顆粒的石英坩禍，并在長晶初級使用冷沖擊增大形核量，從而得到均勻的具有一定尺寸大小的小晶粒。但目前市場上的高效坩禍均采用石英砂經過破碎至一定粒徑后，涂刷在坩禍底部制作高效涂層。這種經機械破碎的石英砂本身就存在形貌不一的缺陷，用其制作高效涂層，比較難實現均勻一致的形核點，且石英砂的純度也比較難控制，有可能造成硅錠底部紅區過長。且用該類坩禍鑄造高效多晶需要在成核階段使用冷沖擊，會對坩禍造成沖擊，增大了漏硅的風險。
[0004]因此，需要找到一種方法來解決上述問題。本發明提供了一種生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法，該裝料方法能有效提高生產多晶硅的坩禍的作用，在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質量多晶硅錠。且該裝料方法能一定程度的減短底部紅區長度，同時也能提高鑄錠過程中的硅料融化效率，縮短融化時間，減少坩禍涂層的腐蝕和縮短鑄錠周期。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是，針對現有技術中高效坩禍中的石英砂存在形貌不一的缺陷，用其制作高效涂層，比較難實現均勻一致的形核點，且石英砂的純度也比較難控制，有可能造成硅錠底部紅區過長用該類坩禍鑄造高效多晶需要在成核階段使用冷沖擊，會對坩禍造成沖擊，增大了漏硅的風險的問題，提供了一種生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為:
[0007]一種用于生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法，包括以下步驟:
[0008]步驟A):篩選長度為3?12_的碎硅料，經過酸洗后漂洗至無酸殘留，干燥，得到鋪底料a ;分選厚度在3?5cm，尺寸在156mmX 156mm的硅料，得到鋪底料b ；
[0009]步驟B):在高效坩禍底部均勻撒一層上述鋪底料a，直至不能目視到高效坩禍底部涂層為止，然后將上述鋪底料b鋪在鋪底料a之上，鋪底料b的硅料之間不留縫隙；
[0010]步驟C):將邊皮回收料鋪在高效坩禍四周，然后將晶磚回收料、頭尾回收料或棒料堆放在邊皮回收料內側，將塊料或碎料裝填在所述晶磚回收料、頭尾回收料或棒料形成的空間內，依次往上，直至坩禍裝滿。
[0011]在本發明中，發明人在現有裝料方法的基礎上，采用在高效坩禍底部設置鋪底料a和b，并結合其他工藝參數，使得在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質量多晶硅錠。
[0012]作為優選，所述碎硅料為多晶碎片料或單晶碎片料、原生多晶碎硅料。。更優選地，所述多晶碎料為原生多晶碎料。更優選地，所述碎料為長度5?1mm的原生多晶碎料。其中，所述原生多晶碎硅料是指西門子法所生產多晶硅料破碎過程中產生的chip料，其在市場上可以獲得，如0C1-600，瓦克SIZEl等。
[0013]本發明的步驟A)為對鋪底料的預處理。其中，作為優選，所述酸洗時的酸體積配比為氫氟酸:硝酸:水為1:12?15:13?16。更優選地，所述酸洗時的酸體積配比為氫氟酸:硝酸:水為1:15:16。
[0014]本發明所述的尚效i甘禍可以為任意市售的尚效i甘禍，例如江蘇潤她太陽能材料科技有限公司生產的高效坩禍，華融太陽能新型材料有限公司生產的高效坩禍等。其中，高效坩禍底部可以經石英砂、碳化硅、硅粉等材料處理。
[0015]在本發明的一個實施方式中，發明人還使用了不同于現有技術中的高效坩禍進行裝料。該高效坩禍的制造方法為對用于生產多晶硅的普通坩禍進行如下預處理:
[0016]I)用純水浸濕普通坩禍底部，然后在坩禍底部涂刷一層硅溶膠和純水的混合液體或者坩禍涂層粘結劑和純水的混合液體，或者三者的混合液，然后在混合液未干之前，在上邊均勻撒上球形S12顆粒，在300?500°C溫度下燒結I?2h，形成顆粒層；
[0017]2)對上述得到的底部涂有顆粒層的坩禍的內部側壁和所述顆粒層之上噴涂氮化娃涂層;
[0018]即得到所述高效坩禍。
[0019]其中，所述球形S12顆粒為采用本領域常規方法合成的球形S12顆粒。該球形S12顆粒具有形貌均勻，純度高，粒徑均一性強，化學穩定性高等特點。
[0020]所述球形S12顆粒的粒徑為20目?70目，優選所述球形S1 2顆粒的粒徑為50目?60目。
[0021]所述顆粒層的厚度為I?5mm，優選所述厚度為2.5mm。
[0022]與現有技術中經石英砂、碳化硅、硅粉等材料處理的高效坩禍相比，使用上述噴涂有球形S12顆粒和氮化硅的坩禍，不需要冷沖擊，就能生產出底部紅區短，晶粒尺寸小而均勻的高質量多晶娃錠。
[0023]在上述預處理方法的步驟2)中，使用本領域公知的氮化硅涂層噴涂方法即能實現本發明的目的。但作為優選，在本發明的另一個實施方式中，采用連接有蠕動泵的噴槍在高效坩禍的內表面噴涂氮化硅漿液，其中，對所述高效坩禍的側壁內表面的噴涂壓力為20?30psi，蠕動泵轉速為250?400rpm ;對所述高效坩禍的底部內表面的噴涂壓力為50?60psi，蠕動泵轉速為100?150rpm。
[0024]該噴涂方法要求側壁氮化硅粉涂層堅硬致密，防止硅錠邊皮孔洞多，硅料回收難打磨，且硅料損耗大。坩禍底部涂層要求具有一定的松軟性，避免涂層堅硬導致坩禍底部粗糙度被完全掩蓋。
[0025]上述對高效坩禍的內部側壁和底部內側的噴涂溫度優選為底部和側壁分開控溫。這樣能夠保證內部側壁氮化硅粉涂層堅硬致密，坩禍底部內側涂層要求具有一定的松軟性的噴涂效果。更優選地，所述高效坩禍的內部側壁的噴涂溫度為130?150°C，所述高效坩禍的底部內側的噴涂溫度為90?110°C。
[0026]在本發明中，噴槍的霧形設定優選為對所述高效坩禍的內部側壁噴涂時，噴槍的霧形為15?20cm，對所述高效坩禍的底部內側噴涂時，噴槍的霧形為8?12cm。
[0027]其中，所述噴槍為本領域常用設備，如巖田牌W-101噴槍。在本發明中，對坩禍內部噴涂的次數優選為對所述高效坩禍的底部內側的噴涂為20?25遍，對內部側壁的噴涂為18?20遍。隨著噴涂遍數的增加，氮化硅粉的粘附力逐漸減弱，經過研宄本發明人發現，按本發明方案噴涂，噴涂遍數為18?20可最大程度保證坩禍內部側壁涂層的致密性；坩禍內底部內側對有粗糙度和松軟性的要求，需要一定的氮化硅粉堆積密度，因此需要更多的噴涂遍數。利用上述方法噴涂后進行鑄錠，無需對鑄錠工藝進行特殊調整，采用原普通多晶的鑄錠工藝即可獲得具有均勻小晶粒結構的高質量多晶硅錠，避免了原工藝調整時加入的冷沖擊帶來的潛在風險。
[0028]本發明的有益效果:
[0029]本發明提供了一種生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法，該裝料方法能有效提高生產多晶硅的坩禍的作用，在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質量多晶硅錠。且該裝料方法能一定程度的減短底部紅區長度，同時也能提高鑄錠過程中的硅料融化效率，縮短融化時間，減少坩禍涂層的腐蝕和縮短鑄錠周期。
【附圖說明】
[0030]圖1為按本發明裝料方法裝料后的示意圖；
[0031]圖2為按本發明實施例3中的方法裝料后制備的多晶硅錠的晶粒形貌圖；
[0032]圖3為按對比例I的方法裝料后制備的多晶硅錠的晶粒形貌圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明公開了一種生產多晶硅的高效坩禍的裝料方法，本領域技術人員可以借鑒本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明之內。
[0034]為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0035]本實施例中所使用的高效坩禍為市售G5-480型高效多晶坩禍(885*885*480)，江蘇潤弛太陽能材料科技有限公司
[0036]實施例1:
[0037]篩選長度在3?12_的多晶碎片料，經過酸洗后漂洗至無酸殘留，進行干燥，得到鋪底料a ;分選厚度在3?5cm，尺寸在156mm*156mm的硅料，得到鋪底料b ；
[0038]在高效坩禍底部均勻撒一層上述鋪底料a，直至不能目視到高效坩禍底部涂層為止，然后將上述鋪底料b鋪在鋪底料a之上并按壓平整，，鋪底料b的硅料之間不留縫隙；
[0039]將邊皮回收料鋪在高效坩禍四周，然后將晶磚回收料、頭尾回收料或棒料堆放在邊皮回收料內側，將塊料或碎料裝填在所述晶磚回收料、頭尾回收料或棒料形成的空間內，依次往上，直至坩禍裝滿。
[0040]將裝好料的高效坩禍進行鑄錠，得到多晶硅錠。
[0041]對上述制備的多晶硅錠利用晶錠翻轉設備翻轉后噴砂，觀察硅錠底部的晶粒形貌；將該多晶硅錠開方后，對其鑄錠運行工藝文件進行分析，并利用WT-2000少子壽命測試儀，紅外探傷儀，RT-100電阻率測試儀對開方后晶磚進行結構分析表征。結果表明:按該方案生產多晶硅錠底部晶粒晶粒尺寸分布均勻，單個晶粒的尺寸約2?3_ ;按該方案生產多晶硅錠單錠生產周期可縮短3?5h以上，且所生產的多晶硅錠少子壽命值高，陰影率低，電阻率分布正常。
[0042]實