專利名稱：低碳準單晶鑄錠爐及應用該鑄錠爐進行鑄錠的方法
技術領域：
本發明涉及到一種鑄錠爐及其鑄錠方法，特別是涉及到一種低碳準單晶鑄錠爐及應用該鑄錠爐進行鑄錠的方法。
背景技術：
目前晶體硅太陽電池憑借其電池的高效穩定一直占據著太陽電池市場的。其中單晶硅太陽電池具有低缺陷、高轉換效率等特點，特別是堿制絨方法形成的金字塔型織構化表面大大加強了光的吸收，提高了轉換效率。目前，單晶硅電池片大規模生產的轉換效率已達18%。但是該方法對原料及操作要求高，且單次投料少，產品成本較高。對于摻硼單晶，由于坩堝中氧的引入，使得單晶太陽能電池衰減較大。而多晶硅主要是采用定向凝固方法制得，單次投料量大，具有易操作、低成體等特點，但在傳統的鑄錠條件下，由于鑄造多晶硅中存在大量的晶界和位錯，它們能在硅禁帶中引入深能級，成為光生少數載流子的有效復合中心，同時鑄造多晶硅由于各晶粒晶向不一，不能采用各向異性的堿制絨方法進行表面處 理，而各向同性的酸制絨方式則很難達到同樣的效果，使得多晶硅太陽能電池的轉換效率較單晶硅電池約低I. 5 2%。為了能夠將單晶硅與多晶硅的優勢集中體現出來，準單晶鑄造技術應運而生，由于準單晶鑄錠既具有單晶的高轉換效率又具有多晶硅地制造成本的特點，目前準單晶太陽電池已成為太陽電池行業中的主流產品。準單晶鑄造技術是最早由美國的BP SOLAR公司提出的(專利US2007/0169684A1),目前準單晶鑄錠制備工藝如下按配料、裝料、將裝料坩堝放入定向凝固爐中加熱熔融、晶體生長、退火、冷卻工序生產得到，與傳統的多晶硅鑄造所不同的是在坩堝底部放入了籽晶，在融化階段控制籽晶的融化，讓部分籽晶融化，然后開始長晶。生長出的準單晶鑄錠按照晶粒分布可以分為三個區域，如圖I所示，中間區域C為表面大晶粒面積為100%,此區域的娃片可視為準單晶娃片，約占整個鑄淀的35%至40%左右；鑄淀周圍與坩堝接觸的區域為B區，硅片表面大晶粒約占硅片的50%至70%，此區域的的硅片可視為優質的多晶硅硅片，占硅錠的比例在45%至50%左右；鑄錠的四個角落區域為A區，硅片表面大晶粒面積小于50%左右，次區域的硅片為普通的多晶硅硅片，約占整個鑄錠的10%至20%。由于目前用于準單晶的鑄錠爐基本上與傳統的多晶硅鑄錠爐相同，因此在準單晶鑄錠中普遍存在碳含量偏高的問題。這是因為在鑄造多晶硅生產過程中不可避免的會受到爐體內部環境的污染，硅中碳的來源主要有以下幾個來源①高純硅，這是多晶硅中碳的主要來源；②石墨部件的粉塵真空系統中的油脂和密封材料中的易揮發碳化物多晶硅制造氣氛中的碳氫化合物污染石墨部件與氧和石英坩堝等的反應產物。其中最主要的原因就是由于石墨材料制成的護板，底板以及隔熱籠等會與一氧化硅制成的石英坩堝在高溫下發生反應產生含碳氣體，如一氧化碳及一氧化碳等，這些產生的氣體在現有的石英坩堝及護板、蓋板的結構中，會流經硅液的表面，從而使碳元素被吸附及溶入硅液中，從而造成生長出的硅錠中的碳含量高。準單晶產生碳污染的原因有以下兩種方式氣相污染和灰塵粒子污染。
(I)隨著定向凝固的進行，坩堝內部的凝固界面逐漸向上移動，由于C在硅中具有很小的分凝系數液體硅中的C含量隨著凝固的進行時逐漸增加的，當C的含量超過了它在硅中的最大溶解度時，在定向凝固過程中雜質C將以SiC顆粒的形式析出。反應方程式如方程所示
Si + C-^SiC
因此替位C的數量減少同時在熔體中形成了 SiC顆粒。SiC也分為兩類a相(六邊形)，P相(立方體)，SiC的密度為3. 22 g/cmSoC在固體硅中的溶解度為3ppm-3.85ppm，KO值為0. 058-0. 07，C在液體硅Si (熔點)中的溶解度為40ppm+10ppm。結晶前對硅熔體中的初始C含量進行了測量，大約為10 - 43ppm,因此在1500°C左右時，對于所有的液體娃樣品C含量都低于C在娃中的溶解度極限。爐體內氣體中會存在 CO氣體，由于二氧化娃與石墨以及一氧化硅與石墨之間的反應。CO在到達熔體表面時需要經過一個氣體保護層，一旦擴散進熔體還有一個液體邊界層，液體邊界層內的C含量比熔體內的含量高，C在熔體中的傳輸系數對于在大塊娃體內的傳輸很重要。爐體內CO與娃熔體的相互作用分為三個步驟(a)氣體邊界層內的傳輸；(b)反酔O2m = Si0M+y20袖' 0溶質邊界層內的傳輸。然而CO與熔體的作用程度不清楚，有可能受以下環節控制氣相中的傳輸，石墨元件向大氣中的傳輸以及氣相邊界層內的傳輸，但CO交互作用相對于系統是比較慢的。(2)爐中使用很多的石墨元件例如隔熱器，加熱元件和支撐元件反應方程
SiO +2Ci5、= SiC!5、+CO
tM\⑴ix\
在凝固過程中這些粒子可以被卷入硅中，當液體中C變為過飽和時，并不立刻析出SiC，為了 SiC的析出，許多C原子必須濃縮團聚，然而他們相遇的可能性相當小，由于C的固溶度很低，這可以解釋在SiC析出前C的溶質邊界層存在的必要性，而且由于SiC高的界面能和體積縮小效應，SiC在固相中析出是比較困難的。準單晶中的碳含量過高，容易導致硅溶液在定向凝固長晶過程中形成碳沉淀物、碳化硅夾雜物在硅錠中易成為新晶粒的異質形核中心，從而使鑄錠容易產生細晶區，同時準單晶鑄錠中的SiC顆粒能夠在硅錠切割工藝中增加斷線事故、線痕不良的風險以及在太陽能電池中產生嚴重的歐姆分流；碳含量過高還會在鑄錠中產生位錯與應力等缺陷，試驗表明硅鑄錠中的位錯密度是C含量的函數，碳含量越高位錯密度越高，位錯同樣會導致電池片漏電率高、轉換效率低等問題。目前已有的技術方案主要是通過改進保護氣體的流動方式來減少氣體與硅液的接觸時間，讓含有一氧化碳的氣體快速流出爐體，從而可以降低碳進入硅中的幾率，但是這樣改進的效果并不明顯，所得的鑄錠中仍然含有較高的碳含量以及細晶區域。已有的技術還采用了利用碳化硅或者氮化硅的護板，這樣可以降低硅液對護板的侵蝕，從而降低硅液中碳含量。雖然在一定程度上可以降低硅中的碳含量，但是細晶區卻沒有得到改善，同時利用碳化硅或者氮化硅的護板還會增加準單晶的生產成本。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種低碳準單晶鑄錠爐及應用該鑄錠爐進行鑄錠的方法，解決現有鑄錠爐生產的單晶鑄錠中的碳含量以及碳化硅夾雜的含量過高的缺陷。
本發明的目的通過下述技術方案實現低碳準單晶鑄錠爐，包括爐體、設置在爐體內的隔熱籠以及設置在隔熱籠中熱交換臺，所述的熱交換臺上放置有一個坩堝，所述的坩堝的頂部設置有加熱器A，其四周分布有加熱器B，坩堝的上端還設置有一個蓋板，爐體上端設置有通氣口，所述的通氣口處設置有一個套管，所述的套管依次穿過隔熱籠和蓋板連通到坩堝中，所述的加熱器B通過加熱器升降桿連接爐體外部的牽引裝置。進一步，上述的熱交換臺通過支柱進行固定，所述的支柱的一端安裝在熱交換臺的底面，另一端穿過隔熱籠安裝在爐體的底部。上述的坩堝的周邊和下端設置有石墨護板。上述的坩堝周邊的石墨護板的高度高于坩堝的高度。上述的套管為石墨套管。 所述的坩堝內設置有一個溫度傳感器，用于監測溫度。利用上述的低碳準單晶鑄錠爐，實現低碳準單晶鑄錠方法，包括以下步驟
(1)裝料準備階段先向坩堝中放入了籽晶，籽晶的厚度為25 30毫米，然后在籽晶的上方裝入娃料和母合金；
(2)加熱熔化階段開啟加熱器A和加熱器B對坩堝內的硅料進行熔化，經過10 15h將坩堝內的溫度上升到1535°C，然后保溫6 8h，溫度通過溫度傳感器測試。(3)晶體生長階段首先經過I 2h將坩堝內的溫度降低到1430°C，然后保溫6 8h，然后開始長晶過程，加熱器B位置通過牽引裝置控制做周期性的上下交替運動，直到整個鑄錠全部凝固為止；
(4)退火階段晶體生長階段結束后，坩堝內的溫度會從1430°C降到1415°C，然后開始退火階段；
(5)冷卻階段冷卻階段溫度均勻下降，經過10 12h，將坩堝(7)內的溫度從1325°C降到390°C左右。上述的步驟(3)中加熱器B的每個運動周期包括三個階段a — b階段為加熱器B勻速上升階段，上升速度為20 30mm/h，持續時間15 25min，在這個階段固液界面隨著加熱器B的上升而勻速上升；b — c階段為加熱器B勻速下降階段，此階段下降速度為25 35mm/h，持續時間為5 IOmin左右，在這個階段固液界面隨著加熱器B的勻速下降而下降，已凝固的晶體硅會產生部分重熔；c — d階段為加熱器B停止加熱階段，停止時間為 10 15min。上述的步驟(3)中的退火階段分為三個階段第一階段為通過I 2個小時將坩堝內的溫度從1415°C降到1370°C ;第二階段為保溫階段，將坩堝內的溫度保持在1370°C，持續2 3個小時；第三個階段為經過2 4個小時將坩堝內溫度從1370°C降到1325°C。本發明的有益效果是傳統的準單晶鑄造工藝過程中，由于碳元素在固體硅中的溶解度遠小于其在液體硅中的溶解度，因此隨著凝固的進行，碳元素會在固液界面前沿的液體硅中不斷地富集，然后會在固液界面附近形成溶質富集邊界層，由于溶質邊界層中的碳含量比晶體硅中的碳含量要高出很多，因此容易成為碳化硅的形核位置，在單方向連續生長工藝下，當熔體中的碳含量達到液體硅中碳的溶解極限時便會在熔體硅中產生碳化硅，因此會在溶質邊界層中產生成分過冷現象，成分過冷現象則會對硅晶體的局部生長速度產生影響，造成晶體硅生長速度的波動。為了防止上述現象的發生，降低溶質邊界層中的碳含量是十分必要的，本發明的準單晶鑄造エ藝由于加熱體是在不斷地上升與下降，當加熱體上升時晶體則處于生長過程，當加熱體下降吋，晶體則部分熔化，由于重熔部分的硅熔體中的雜質碳含量要遠遠低于溶質邊界層中的碳含量，因此固液界面附近的碳含量便會得到降低，a — b階段和b — c階段則能夠很好地達到上述目的，c — d階段的目的是消除熱傳導的延遲性與滯后性，從而為晶體的生長提供一個均勻的溫度環境。通過不斷地循環上述過程，則溶質邊界層中的成分過冷現象便會得到很好地抑制，從而可以降低對晶體生長速度的影響。通過設置加熱體上升和下降的速度以及恒定階段的參數我們可以對晶體的生長速度進行有效控制，我們設定加熱體上體速度為25mm/h，通過調節加熱體下降速度以及恒定時間我們可以得到晶體生長的有效速度為15mm/h,雖然晶體的有效速度為15mm/h,但是生長出的鑄錠的晶粒真實生長速度則為25mm/h.可以得到高生長速率條件下晶粒特性。
具體來說，準單晶生長過程中采用加熱體上下交替移動的方式來完成整個長晶的過程，具有以下優點(I)可以有效地抑制溶質邊界層中由于碳含量富集而引起的成分過冷現象，從而降低了雜質富集對準單晶的生長速度的影響，同時可以有效地降低準單晶鑄錠中碳的含量；(2)可以有效地抑制坩堝壁附近的細晶區的產生與生長，因此可以明顯地改善準單晶的鑄錠質量，提高鑄錠的利用率；(3)不需要増加設備，產品質量高，利用率高，具有非常好的產業前景。
圖I為本發明的結構示意 圖2為單晶生長過程中加熱器B的位置與時間曲線 圖中，ト爐體，2-隔熱籠，3-加熱器A，4-套管，5-蓋板，6-石墨護板，7-坩堝，8-加熱器B，9-熱交換臺，10-支柱，11-加熱器升降桿，12-牽引裝置。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進ー步的詳細說明，但是本發明的結構不僅限于以下實施例
實施例I
如圖I所示，低碳準單晶鑄錠爐，包括爐體I、設置在爐體內的隔熱籠2以及設置在隔熱籠2中熱交換臺9，所述的熱交換臺9上放置有一個坩堝7，所述的坩堝7為石英坩堝，坩堝7的頂部設置有加熱器A3，其四周分布有加熱器B8，坩堝7的上端還設置有一個蓋板5，爐體I上端設置有通氣ロ，所述的通氣ロ處設置有一個套管4，所述的套管4依次穿過隔熱籠2和蓋板5連通到坩堝7中，所述的加熱器B8通過加熱器升降桿11連接爐體I外部的牽引裝置12。進ー步，上述的熱交換臺9通過支柱10進行固定，所述的支柱10的一端安裝在熱交換臺9的底面，另一端穿過隔熱籠2安裝在爐體I的底部。上述的坩堝7的周邊和下端設置有石墨護板6。上述的坩堝7周邊的石墨護板6的高度高于坩堝7的高度。上述的套管10為石墨套管。
所述的坩堝7內設置有ー個溫度傳感器，用于監測溫度。利用上述的低碳準單晶鑄錠爐，實現低碳準單晶鑄錠方法，包括以下步驟
(1)裝料準備階段先向坩堝7中放入了籽晶，籽晶的厚度為25毫米，然后在籽晶的上方裝入娃料和母合金；
(2)加熱熔化階段開啟加熱器A3和加熱器B8對坩堝7內的硅料進行熔化，經過IOh將坩堝7內的溫度上升到1535°C，然后保溫6h，溫度通過溫度傳感器測試。(3)晶體生長階段首先經過Ih將坩堝7內的溫度降低到1430°C，然后保溫6h，然后開始長晶過程，加熱器B8位置通過牽引裝置12控制做周期性的上下交替運動，直到整個鑄錠全部凝固為止； (4)退火階段晶體生長階段結束后，坩堝7內的溫度會從1430°C降到1415°C，然后開始退火階段；
(5)冷卻階段冷卻階段溫度均勻下降，經過10h，將坩堝7內的溫度從1325°C降到390 °C左右。上述的步驟(3)中加熱器B8的每個運動周期包括三個階段a — b階段為加熱器B8勻速上升階段，上升速度為20mm/h，持續時間15min，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的上升而勻速上升；b — c階段為加熱器B8勻速下降階段，此階段下降速度為25mm/h，持續時間為5min左右，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的勻速下降而下降，已凝固的晶體硅會產生部分重熔；c — d階段為加熱器B8停止加熱階段，停止時間為lOmin。上述的步驟(3)中的退火階段分為三個階段第一階段為通過I個小時將坩堝7內的溫度從1415°C降到1370°C ;第二階段為保溫階段，將坩堝7內的溫度保持在1370°C，持續2個小時；第三個階段為經過2個小時將坩堝7內溫度從1370°C降到1325°C。實施例2
如圖I所示，低碳準單晶鑄錠爐，包括爐體I、設置在爐體內的隔熱籠2以及設置在隔熱籠2中熱交換臺9，所述的熱交換臺9上放置有一個坩堝7，所述的坩堝7為石英坩堝，坩堝7的頂部設置有加熱器A3，其四周分布有加熱器B8，坩堝7的上端還設置有一個蓋板5，爐體I上端設置有通氣ロ，所述的通氣ロ處設置有一個套管4，所述的套管4依次穿過隔熱籠2和蓋板5連通到坩堝7中，所述的加熱器B8通過加熱器升降桿11連接爐體I外部的牽引裝置12。進ー步，上述的熱交換臺9通過支柱10進行固定，所述的支柱10的一端安裝在熱交換臺9的底面，另一端穿過隔熱籠2安裝在爐體I的底部。上述的坩堝7的周邊和下端設置有石墨護板6。上述的坩堝7周邊的石墨護板6的高度高于坩堝7的高度。上述的套管10為石墨套管。所述的坩堝7內設置有ー個溫度傳感器，用于監測溫度。利用上述的低碳準單晶鑄錠爐，實現低碳準單晶鑄錠方法，包括以下步驟
(1)裝料準備階段先向坩堝7中放入了籽晶，籽晶的厚度為27毫米，然后在籽晶的上方裝入娃料和母合金；
(2)加熱熔化階段開啟加熱器A3和加熱器B8對坩堝7內的硅料進行熔化，經過12h將坩堝7內的溫度上升到1535°C，然后保溫7h，溫度通過溫度傳感器測試。
(3)晶體生長階段首先經過I. 5h將坩堝7內的溫度降低到1430°C，然后保溫7h，然后開始長晶過程，加熱器B8位置通過牽引裝置12控制做周期性的上下交替運動，直到整個鑄錠全部凝固為止；
(4)退火階段晶體生長階段結束后，坩堝7內的溫度會從1430°C降到1415°C，然后開始退火階段；
(5)冷卻階段冷卻階段溫度均勻下降，經過llh，將坩堝7內的溫度從1325°C降到390 °C左右。上述的步驟(3)中加熱器B8的每個運動周期包括三個階段a — b階段為加熱器B8勻速上升階段，上升速度為25mm/h，持續時間20min，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的上升而勻速上升；b — c階段為加熱器B8勻速下降階段，此階段下降速度為30mm/h，持續時間為8min左右，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的勻速下降而下降，已凝固的晶體硅會產生部分重熔；c — d階段為加熱器B8停止加熱階段，停止時間為12min。 上述的步驟(3)中的退火階段分為三個階段第一階段為通過I. 5個小時將坩堝7內的溫度從1415°C降到1370°C;第二階段為保溫階段，將坩堝7內的溫度保持在1370°C，持續2. 5個小時；第三個階段為經過3個小時將坩堝7內溫度從1370°C降到1325°C。實施例3
如圖I所示，低碳準單晶鑄錠爐，包括爐體I、設置在爐體內的隔熱籠2以及設置在隔熱籠2中熱交換臺9，所述的熱交換臺9上放置有一個坩堝7，所述的坩堝7為石英坩堝，坩堝7的頂部設置有加熱器A3，其四周分布有加熱器B8，坩堝7的上端還設置有一個蓋板5，爐體I上端設置有通氣ロ，所述的通氣ロ處設置有一個套管4，所述的套管4依次穿過隔熱籠2和蓋板5連通到坩堝7中，所述的加熱器B8通過加熱器升降桿11連接爐體I外部的牽引裝置12。進ー步，上述的熱交換臺9通過支柱10進行固定，所述的支柱10的一端安裝在熱交換臺9的底面，另一端穿過隔熱籠2安裝在爐體I的底部。上述的坩堝7的周邊和下端設置有石墨護板6。上述的坩堝7周邊的石墨護板6的高度高于坩堝7的高度。上述的套管10為石墨套管。所述的坩堝7內設置有ー個溫度傳感器，用于監測溫度。利用上述的低碳準單晶鑄錠爐，實現低碳準單晶鑄錠方法，包括以下步驟
(1)裝料準備階段先向坩堝7中放入了籽晶，籽晶的厚度為30毫米，然后在籽晶的上方裝入娃料和母合金；
(2)加熱熔化階段開啟加熱器A3和加熱器B8對坩堝7內的硅料進行熔化，經過15h將坩堝7內的溫度上升到1535°C，然后保溫8h，溫度通過溫度傳感器測試。(3)晶體生長階段首先經過2h將坩堝7內的溫度降低到1430°C，然后保溫8h，然后開始長晶過程，加熱器B8位置通過牽引裝置12控制做周期性的上下交替運動，直到整個鑄錠全部凝固為止；
(4)退火階段晶體生長階段結束后，坩堝7內的溫度會從1430°C降到1415°C，然后開始退火階段；
(5)冷卻階段冷卻階段溫度均勻下降，經過12h，將坩堝7內的溫度從1325°C降到390 °C左右。上述的步驟(3)中加熱器B8的每個運動周期包括三個階段a — b階段為加熱器B8勻速上升階段，上升速度為30mm/h，持續時間25min，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的上升而勻速上升；b — c階段為加熱器B8勻速下降階段，此階段下降速度為35mm/h，持續時間為IOmin左右，在這個階段固液界面隨著加熱器B8的勻速下降而下降，已凝固的晶體硅會產生部分重熔；c — d階段為加熱器B8停止加熱階段，停止時間為15min。上述的步驟(3)中的退火階段分為三個階段第一階段為通過2個小時將坩堝7內的溫度從1415°C降到1370°C ;第二階段為保溫階段，將坩堝7內的溫度保持在1370°C，持續3個小時；第三個階段為經過4個小時將坩堝7內溫度從1370°C降到1325°C。通過已有的研究表明傳統的準單晶生長エ藝得到的鑄錠中的的細晶區以及碳化硅大部分都集中在整個鑄錠的中上部，這是因為隨著定向凝固的進行一方面液體硅中的碳不斷地富集，富集到一定程度后便會在凝固前沿產生碳化硅夾雜，碳化硅夾雜在熔體硅內部漩渦的帶動下容易到達坩堝壁附近，加速了坩堝壁附近晶核的形核率，從而產生大量的 細晶，隨著凝固的進行這些細晶便會生長，從而導致準單晶鑄錠質量降低，而本發明的準單晶鑄造エ藝過程中由于加熱器B8的下降會使部分晶體重熔，整個過程可以使部分細晶重新熔化，從而可以很好地抑制細晶的產生和生長，從而可以很好地改善準單晶鑄錠的質量。通過設置加熱器B8上升和下降的速度以及恒定階段的參數我們可以對晶體的生長速度進行有效控制，如圖2所示，我們設定加熱器B8上體速度為25mm/h，通過調節加熱|B8下降速度以及恒定時間我們可以得到晶體生長的有效速度為15mm/h，雖然晶體的有效速度為15mm/h，但是生長出的鑄錠的晶粒真實生長速度則為25mm/h.可以得到高生長速率條件下晶粒特性。
權利要求
1.低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于包括爐體(I)、設置在爐體內的隔熱籠(2)以及設置在隔熱籠(2)中熱交換臺(9)，所述的熱交換臺(9)上放置有一個坩堝(7)，所述的坩堝 (7)的頂部設置有加熱器A (3)，其四周分布有加熱器B (8)，坩堝(7)的上端還設置有一個蓋板(5)，爐體(I)上端設置有通氣口，所述的通氣口處設置有一個套管(4)，所述的套管 (4)依次穿過隔熱籠(2)和蓋板(5)連通到坩堝(7)中，所述的加熱器B (8)通過加熱器升降桿(11)連接爐體(I)外部的牽引裝置(12)。
2.根據權利要求I所述的低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于，所述的熱交換臺(9)通過支柱(10)進行固定，所述的支柱(10)的一端安裝在熱交換臺(9)的底面，另一端穿過隔熱籠 (2)安裝在爐體(I)的底部。
3.根據權利要求2所述的一種低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于，所述的坩堝(7)的周邊和下端設置有石墨護板(6)。
4.根據權利要求3所述的低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于，所述的坩堝(7)周邊的石墨護板(6)的高度高于坩堝(7)的高度。
5.根據權利要求4所述的低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于，所述的套管(10)為石墨套管。
6.根據權利要求5所述的低碳準單晶鑄錠爐，其特征在于，所述的坩堝(7)內設置有一個溫度傳感器，用于監測溫度。
7.利用權利要求I 6中任一個所述的低碳準單晶鑄錠爐，實現低碳準單晶鑄錠方法， 其特征在于包括以下步驟(1)裝料準備階段先向坩堝(7)中放入了籽晶，籽晶的厚度為25 30毫米，然后在籽晶的上方裝入硅料和母合金；(2)加熱熔化階段開啟加熱器A(3)和加熱器B (8)對坩堝(7)內的硅料進行熔化， 經過10 15h將坩堝(7)內的溫度上升到1535°C，然后保溫6 8h，溫度通過溫度傳感器測試;(3)晶體生長階段首先經過I 2h將坩堝(7)內的溫度降低到1430°C，然后保溫 6 8h，然后開始長晶過程，加熱器B (8)位置通過牽引裝置(12)控制做周期性的上下交替運動，直到整個鑄錠全部凝固為止；(4)退火階段晶體生長階段結束后，坩堝(7)內的溫度會從1430°C降到1415°C，然后開始退火階段；(5)冷卻階段冷卻階段溫度均勻下降，經過10 12h，將坩堝(7)內的溫度從1325°C 降到390°C左右。
8.根據權利要求7所述的低碳準單晶鑄錠方法，其特征在于所述的步驟(3)中加熱器B (8)的每個運動周期包括三個階段a —b階段為加熱器B (8)勻速上升階段，上升速度為20 30mm/h，持續時間15 25min，在這個階段固液界面隨著加熱器B (8)的上升而勻速上升；b —c階段為加熱器B (8)勻速下降階段，此階段下降速度為25 35mm/h，持續時間為5 IOmin左右，在這個階段固液界面隨著加熱器B (8)的勻速下降而下降，已凝固的晶體硅會產生部分重熔；c — d階段為加熱器B (8)停止加熱階段，停止時間為10 15min。
9.根據權利要求8所述的低碳準單晶鑄錠方法，其特征在于所述的步驟(3)中的退火階 段分為三個階段第一階段為通過I 2個小時將坩堝(7)內的溫度從1415°C降到 1370°C ;第二階段為保溫階段，將坩堝(7)內的溫度保持在1370°C，持續2 3個小時；第三個階段為經過2 4個小時將坩堝(7)內溫度從1370°C降到1325°C。
全文摘要
本發明公開了一種低碳準單晶鑄錠爐及應用該鑄錠爐進行鑄錠的方法，低碳準單晶鑄錠爐包括爐體(1)、隔熱籠(2)和熱交換臺(9)，熱交換臺(9)上放置有坩堝(7)，坩堝(7)的頂部設置有加熱器A(3)，其四周分布加熱器B(8)，加熱器B(8)通過加熱器升降桿(11)連接牽引裝置(12)，其鑄錠方法分為五個步驟，包括裝料、加熱熔化、晶體生長、退火和冷卻。本發明可以有效地抑制溶質邊界層中由于碳含量富集而引起的成分過冷現象，從而降低了雜質富集對準單晶的生長速度的影響，同時可以有效地降低準單晶鑄錠中碳的含量；可以有效地抑制坩堝壁附近的細晶區的產生與生長，因此可以明顯地改善準單晶的鑄錠質量，提高鑄錠的利用率。
文檔編號C30B11/00GK102703969SQ20121019473
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者張鳳鳴, 林洪峰, 盛雯婷, 羅大偉, 路忠林 申請人:保定天威集團有限公司, 天威新能源控股有限公司