[发明专利]硅锭的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏产品制造领域，特别是涉及一种硅锭的铸造方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅锭的铸造方法，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。

为解决上述技术问题，本发明提供的硅锭的铸造方法，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0.1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10^-1Pa～10⁵Pa，对所述坩埚底部的所述多晶硅粉进行烧结的温度为1380℃～1405℃。

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℃～1415℃，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％。

本发明的有益效果为：

1、本发明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、本发明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1～2％，等同于采用现有直拉法形成的单晶硅电池片的效率。

4、本发明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发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例方法的流程图；