一種多晶硅鑄錠提高硅片品質的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能電池基礎材料一多晶硅片提高品質的方法，其具體涉及一種多晶娃鑄徒提尚娃片品質的方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電力是一種綠色新能源，其太陽能電池制造的基礎材料目前仍然是多晶硅片為主。為了提高多晶硅電池組件發電效率，各個電池片生產企業都在想方設法提高光電轉化效率，除了從電池片制造本身工藝進行創新外，對其基礎材料一多晶硅片品質提出了更高的要求。
[0003]多晶硅片作為電池片的上游材料，其以多晶硅為原料經鑄錠、開方、切片加工而成。
[0004]多晶硅片以往曾追求其晶相中能有大量的大顆粒的晶粒，由于硅片擁有的是固定面積(目前常用規格是156 X 156_)，在少數大顆粒的晶粒占去一定的面積后，其周圍往往非規整隨機散布著許多小晶粒，其整片電池片發電效果并不如晶粒大小均勻的電池片。所以，在娃片生廣企業改變以往追求大晶粒的思路，圍繞制造大小均勾晶粒的娃片即尚效娃片，正進行著各種科研攻關活動。因為硅片中當晶粒大小均勻，其晶體中的位錯等缺陷就會相應很少，獲得較高的光電轉換效率。
[0005]多晶硅鑄錠工藝過程中，分為(坩禍)裝料、加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等六個主要工藝步驟。
[0006]多晶硅鑄錠利用的是定向凝固技術，該技術通常指的是在同一個坩禍中熔煉，利用雜質元素在固相和液相的分凝效應達到提純的目的；同時通過單向熱流控制，使坩禍中的熔體達到一定的溫度梯度，從而獲得沿生長方向整齊排列的柱狀晶體組織。
[0007]多晶硅錠的晶粒和尺寸主要取決于定向凝固工藝，即晶體生長過程中的溫度分布、凝固速度、固一液界面形狀等因素，其中凝固速率和成核中心的影響最大，是控制凝固組織的主要參數。由于定向凝固抑制了固一液界面處的自由形核，從而減少了由于形成晶界而產生的位錯。緩慢的冷卻速率還可以減小凝固過程中的熱應力，從而有利于減少由于熱應力而形成的位錯。
[0008]高效多晶硅片因為有硅片晶粒均勻、位錯密度低、少數載流子壽命長等特點，以其制備的電池轉換效率高，因而其硅片受到市場歡迎。
[0009]高效多晶硅片制備過程中借鑒了單晶棒拉制技術中的“仔晶” “引晶”技術，即:在鑄錠過程中也設計“引晶”材料。要保證“仔晶”安全，最重要的就是“仔晶”的布局與精確控溫。
[0010]目前，選做“仔晶”的原料大都是二氧化硅物質，但其形態與性能不同、在坩禍底部布局也不同。有的廠家選擇碎硅片、硅粉；也有選擇高純石英砂、特種玻璃；還有選擇氮化硅，等。有的稱之為“引晶”，有的稱之為“成核中心”，有的稱之為“粗糙面”，其實質是一樣的:引導晶體按期望的晶粒大小和晶向可控的方式生長。
【發明內容】
[0011]本發明為了克服以上缺陷而提供一種多晶硅鑄錠提高硅片品質的方法，對多種硅基形核物進行篩分、選擇并均勻地涂覆在坩禍底部，并對熱場進行精確控制來降低橫向溫度梯度，使晶粒沿著形核中心豎直且均勻地生長，得到高品質的多晶硅錠。
[0012]本發明為了實現上述目的而采取的技術方案，包括以下方法:
為了生產高效多晶硅片，我們選擇在坩禍底部，規則布局能起引晶作用的“仔晶”;其引晶材料方面我們選擇:“有一定直徑的圓形或扁平狀硅粒”;粘結劑材料我們選擇:硅溶膠做無機粘結劑。
[0013]為了規則布局引晶材料，我們用(比坩禍內底尺寸稍小一點的)塑料板做模板，按照設計尺寸，打好一定直徑的均勻孔洞，以方便均勻噴涂圓形硅粒。
[0014]坩禍底部規則布局實施情況是:
1.在坩禍底部的最底層，首先均勻涂覆高純石英砂:
其過程為:首先對坩禍表面進行干凈處理，坩禍體溫保持在50-70°C ;將硅溶膠與高純石英砂均勻混合后，然后用噴涂機將混合好的石英砂粒均勻噴在坩禍底部；
2.在坩禍底部的第二層，按模板孔洞依次均勻噴涂圓形硅粒:
其過程為:樹禍體溫依然保持在50-70°C ;將娃溶膠與娃粒均勻混合后，在；t甘禍底部擺放好模板，然后用噴涂機將混合好的硅粒噴在孔洞內，移去模板則完成噴涂過程；
3.在坩禍底部的第三層，按要求均勻噴涂氮化硅涂層:
其過程為:坩禍體溫依然保持在50-70°C ;采用免燒結技術配料:先將粘結劑與純凈水在一定溫度下溶解，將合格并過篩的氮化硅粉體與之混合后，用噴涂機均勻噴在內底與內壁四周，低溫烘烤干燥后待用。
[0015]石英陶瓷坩禍經過以上三層處理，對于制備高效多晶硅片能起關鍵作用。其中底層、第二層起“引晶”材料作用；第三層起阻隔坩禍雜質向硅液滲透作用，由于氮化硅材料熔點比較高，其同時也起保護“引晶”材料作用，使“引晶”材料不會全部被熔去。
[0016]生產高品質多晶硅片，有了以上關鍵措施后，同時需控制鑄錠工藝:
多晶鑄錠裝料、加熱、熔化、長晶、退火和冷卻等六個主要工藝步驟運行中，最重要的在熔化階段，其關鍵的是保證放置在坩禍底部起引晶作用的“仔晶”不被全部熔化，否則就和常規鑄錠一樣；沒被熔化掉的“仔晶”就是“晶體引向物”即初始的“晶核”。在長晶階段，需要對固液界面與長晶狀況進行實時分析判斷，了解相關長晶參數，適時調整溫度與冷卻氣體流量，做到最佳控制。在退火階段，溫度調整要求是:防止降溫過快，對硅錠造成不良影響；并控制硅錠自然降溫，為冷卻出爐做好準備。
[0017]在工藝控制環節，為了解決固液界面對結晶影響問題，爐體溫度場要即時調整，要讓硅原料在融化過程中和后續晶體生長過程中，其固液界面盡可能與水平面保持平行，此種(平面固液界面)定向凝固制備出的多晶硅錠，其晶粒均勻、晶體缺陷少，后續制備出的電池轉換效率就高。
[0018]與現有技術相比，本發明的優點在于，對多種硅基形核物進行篩分、選擇并均勻地涂覆在坩