[发明专利]降低硅锭中部缺陷的方法和应用该方法的铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池制造领域，特别是涉及一种降低硅锭中部缺陷的方法。此外，本发明还涉及一种应用上述方法的铸锭炉。

背景技术

目前太阳能光伏电池制造中，所用电池硅基片90%左右为多晶硅片，少量硅基片为类单晶硅基片，切割这两种硅片的硅锭均为定向生长法铸锭所生产。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型铸锭炉的结构示意图。

在铸锭过程中，采用定向结晶法，硅料装在石英坩埚11内，铸锭炉内部热场结构为利用顶部加热器12加热模式对硅料进行加热，硅料熔化后通过硅料底部的散热台13将热量辐射到底部水冷铜盘14上进行散热，达到硅锭定向结晶的目的。其中，散热台13与水冷铜盘14之间设有百叶窗15，通过调节百叶窗15的开度可以调节散热台13的散热速度。

在正常生产过程中，在热场结构及加热散热方式固有因素影响下，硅锭中部区域处于顶部加热器12和底部散热台13的中间位置，温度梯度在硅料熔点附近波动，部分硅液结晶后在硅液中部位置固液面出热环流不均衡，导致硅锭中部位置出现局部晶体缺陷，此缺陷体积在1cm³至60000cm³不等。使用红外探伤扫描仪对硅锭中部位置硅块进行扫描时，此缺陷表现不透明黑斑状。

通过对定向生长法铸锭炉的运行工艺进行调整可减少硅锭中部晶体缺陷的产生，常用的有两种方案，但都有各自的缺陷。

方案1：硅锭结晶过程中，减少底部散热台13热量散失，通过减小底部散热台13冷却口开度，来减慢硅锭底部长晶温度降低速度，减小硅锭结晶过程顶底部温度梯度，增加硅锭结晶过程中热对流区域，减少晶体缺陷。

方案2：降低硅锭结晶过程中加热器功率，通过降低功率，减小结晶过程中硅液面温度，缩小硅锭结晶过程中顶部和底部的温度梯度，减小硅锭结晶过程顶底部温度梯度，增加硅锭结晶过程中热对流区域，减少晶体缺陷。

调节定向生长法铸锭炉工艺对铸锭材料要求极高，不同坩埚因导热率不同导致硅锭结晶过程中，散热受坩埚影响，硅液内部竖直方向温度梯度和长晶速度均不相同，同一种铸锭炉运行工艺窗口很小，很难适应铸锭材料的变换。针对前面提到的两种现有技术缺点如下：

方案1：硅锭结晶过程中，如果减小底部散热台13冷却窗口开度，减慢硅锭底部温度降低速度，直接影响硅锭结晶速度，增加铸锭炉运行周期。且硅液结晶过程中，石英坩埚一直处于1450℃左右高温环境下，石英坩埚内表面涂层很容易受到破坏，导致硅溶液和坩埚反应，造成硅锭内部裂纹，影响硅锭利用率。

方案2：硅锭结晶过程中，降低硅锭结晶过程中加热器功率，减小结晶过程中硅液面温度，导致硅液面杂质无法有效排出，最终留存在硅锭内部，形成硅锭内部杂质点，影响硅锭利用率。

因此，如何在确保硅锭的利用率的基础上，减少硅锭中部晶体缺陷的产生，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低硅锭中部晶体缺陷的方法，该方法能在确保硅锭利用率的基础上，减少硅锭中部晶体缺陷的产生。本发明的另一目的是提供一种应用上述方法的铸锭炉，该铸锭炉能有效降低硅锭中部晶体产生缺陷的概率。

为实现上述发明目的，本发明提供一种铸锭炉，包括容纳硅料的石英坩埚，以及支撑所述石英坩埚的散热台，还包括设于所述石英坩埚和所述散热台之间的导热增高块。

优选地，所述导热增高块具体为石墨增高块。

优选地，所述散热台具有台阶式结构，其上层尺寸小于下层尺寸，所述导热增高块的尺寸小于所述上层尺寸。

优选地，所述导热增高块的厚度范围为3mm-40mm；其外周与所述散热台的外周之间的距离范围为5mm-150mm。

本发明还提供一种降低硅锭中部缺陷的方法，包括以下步骤：

1）在石英坩埚与散热台之间设置导热增高块；

2）熔融硅料后，将温度降至1400℃-1450℃，历时20-60min；

3）继续降低温度至1380℃，历时20min-100min；

4）降低温度至1360℃，历时1200min-2600min。

优选地，所述步骤2)中，分两步或多步降温。

优选地，所述步骤3）中，将百叶窗打开10°-30°角。

优选地，所述步骤4）中，将百叶窗缓慢打开，保证硅料结晶速率控制在5mm/h-30mm/h中的一数值稳定生长。