[发明专利]铸锭单晶生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸锭单晶生产方法。

背景技术

在光伏产业中，高光电转换效率和低成本一直是各光伏企业所追求的，晶体硅作为当前最主要的太阳电池材料，其电池具有较高的光电转换效率。太阳能晶体硅主要包括直拉法(CZ)单晶硅和铸锭法多晶硅。

直拉法得到的单晶硅具有缺陷密度低，光电转换效率高特点，特别是碱制绒电池工艺的应用，使其表面形成规则的金字塔织构，提高了表面光的吸收，从而大大提高了光电转换效率。但是直拉法具有产率低、成本高等缺点，与市场发展要求低成本相背。

铸锭法多晶硅，具有成本低、产率高等优点，且氧含量低于CZ法单晶硅，生产出的光伏组件光衰减较CZ法低，但是转换效率也低1.5-2%。

铸锭法单晶硅，也叫准单晶、晶单晶、次单晶，作为当前国内外企业均在积极开发的一种，是在石英坩埚底部铺一层单晶硅块，然后上面装上多晶硅料，在熔化的过程保持籽晶块被熔化一定高度，但不能熔化完，然后以单晶诱导的方式向上定向凝固出单晶硅锭。该方法既保持了铸锭法成本低、产率高、氧含量低等优点，又具有了单晶晶体缺陷密度低，而且可以利用碱制绒电池工艺，达到接近于CZ法的转换效率，且做成的组件具有较低的光衰减。

在铸锭单晶生产过程中，在一定程度上可以通过底部热电偶测量值的变化来间接预测固液界面的高度。但是由于铸锭用石英坩埚的底部厚度公差范围较大（热阻波动较大），且不同炉台之间温度差异性比较大，热场部件的更换之后底部热电偶测温法的精度更受到影响，因此通过底部热电偶监测的方式间接反应固液界面高度的方法精度低，要求籽晶厚度大（通常要大于25mm，才能保证90%的成功率）。

而籽晶用量比例的高低对铸锭单晶的成本影响较大，因此当前还没有很好的方法来经济的解决籽晶熔化剩余高度的自动测量，业内基本采用石英棒人工测量方式，这样籽晶高度在15-25mm范围基本能保持95%以上的成功率。但是石英棒高温下会软化且会与硅反应属易耗材，目前每根石英棒的市场售价为800-2000RMB左右，采用石英棒测量成本较高，而且使用石英棒存在操作不当或质量问题引起的裂棒掉入硅液从而造成整个晶锭报废的风险。因此采用石英棒具有成本高、自动化程度低、存在晶锭报废风险等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铸锭单晶生产方法，克服热电偶间接测量精度低，石英棒人工测量方式，成本高，风险大的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铸锭单晶生产方法,在铸锭生产过程中通过安装在坩埚侧壁上的耐高温涡流传感器探测硅料熔化时的固液界面，控制铸锭炉由熔化阶段跳步至长晶阶段。

包含以下步骤：

1）设备准备：在坩埚侧壁，籽晶面以上安放耐高温涡流传感器，涡流传感器中心与籽晶面的距离为1/2-1/3涡流传感器探测区域高度；

2)把装好铸锭单晶硅硅料的该坩埚放入铸锭炉中；

3)铸锭炉抽空、加热、熔化，控制硅料熔化中后期为逐层向下化料；

4)持续测量涡流传感器的电阻率，设定当测量到的电阻率到达转跳点报警设定值时，控制铸锭炉由熔化阶段跳步至长晶阶段，转跳点报警设定值在1000Ω·m-9Ω·m；

5)长晶、退火、冷却、出炉，得到铸锭单晶锭。

进一步地，涡流传感器包括电感丝和包裹电感丝的外壳，涡流传感器至炉体外涡流感应信号接收处理器之间通过导电丝连接，在炉体内的导电丝与电感丝材质相同，且表面喷镀有高温绝缘层或采用刚玉导管把导电丝隔开引到炉体外。

为实现更加精确的控制，优选，采用的涡流传感器探测区域高度为1-3cm，当籽晶厚度为15-25mm时，转跳点设定值在9-50Ω·m；当使用厚度小于5mm的超薄籽晶时，转跳点设定值在100-1000Ω·m。

本发明的有益效果是：采用本发明的方法，可以稳定得把铸锭单晶生产熔化过程籽晶剩余高度控制在目标值±1mm范围内。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是涡流感应监测铸锭单晶硅生产籽晶熔化剩余高度示意图；

图2是铸锭单晶化料过程涡流传感器检测电阻率-时间关系图；

图中，1.涡流传感器，2.涡流感应信号接收处理器，3.石英坩埚，4.籽晶，5.底板，6.坩埚护板。

具体实施方式