[实用新型]一种制备大晶粒铸造多晶硅的新型石墨底板

说明书

技术领域

本实用新型涉及大晶粒多晶硅的制备设备，具体是指一种制备大晶粒铸造多晶硅的新型石墨底板，通过对石墨底板进行改进，使得石英坩埚底部不同区域的散热强度不同，从而改善多晶硅初始形核的条件，为大晶粒的生长提供条件。

背景技术

多晶硅是目前最主要的光伏材料，通过定向凝固工艺获得的铸造多晶硅，具有结晶取向一致、晶粒粗大均一等特点，该方法目前被多晶硅产业界广泛采用。相对于直拉单晶硅，铸造多晶硅太阳电池的效率要小1-2%。其主要原因是由于铸造多晶硅中存在大量的晶界和位错，它们能在硅禁带中引入深能级，成为光生少数载流子的有效复合中心，降低电池的光电转换效率。因此，减少铸造多晶硅中的晶界密度、提高硅电池光转换效率是目前业界最主要的目标。铸造多晶硅中的晶界主要来源于晶体生长阶段。因此，生长高质量的大晶粒铸造多晶硅，降低晶界密度一直是光伏界研究的热点。

目前铸造多晶硅主要是利用定向凝固的铸造技术，在方形石英陶瓷坩埚中生长多晶硅铸锭，但由于形核区域的面积较大，成核数目多，生长出的多晶硅晶粒细小，晶界密度高，影响了铸造多晶硅太阳电池的转换效率。因此，寻找一种能够减少成核数目的新型法对于低成本、高效率的铸造多晶硅太阳电池的开发和应用具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备大晶粒铸造多晶硅的新型石墨底板，通过对石墨底板进行改进，使得石英坩埚底部不同区域的散热强度不同，从而改善多晶硅初始形核的条件，为大晶粒的生长提供条件。

本实用新型的实现方案如下：一种制备大晶粒铸造多晶硅的新型石墨底板，包括贴附在石英坩埚底部的石墨底板，所述石墨底板内镶嵌有若干均匀分布的冷源块，所述冷源块为点冷源块或/和棱冷源块。

所述冷源块的厚度与石墨底板的厚度相等，且冷源块的两端面分别与石墨底板的上端面和下端面齐平，上端面为石墨底板靠近石英坩埚的一面，下端面为与上端面对称的面。

所述冷源块的一端面与石墨底板的上端面齐平，上端面为石墨底板靠近石英坩埚的一面。

所述冷源块的一端面高于石墨底板的上端面，上端面为石墨底板靠近石英坩埚的一面。

冷源块为柱状形的点冷源块时，其横切面呈圆形或多边形。

冷源块为棱冷源块时，其俯视方向的投影与纵横交叉连接的网格结构的俯视方向投影一致。

冷源块为棱冷源块时，其俯视方向的投影与小圆外套大圆的俯视方向投影一致。

冷源块为棱冷源块时，其俯视方向的投影与小矩形外套大矩形的俯视方向投影一致。

点冷源块或者棱冷源块在其俯视方向的投影面积占整个石墨底板面积的30%-70%

现有技术的技术方案为：目前生产多晶硅铸锭所应用的石墨底板，将多晶硅原料放置在石英陶瓷坩埚中，石英陶瓷坩埚放置在由石墨底护板及侧护板构成的“石墨坩埚”中，放置在热场系统中，加热使得硅料完全融化。然后，热场底部开启，热量从坩埚底部释放，温度降低，坩埚的底部将逐渐冷却到硅材料的结晶点温度。然后硅溶液在坩埚底部开始结晶，逐渐向上凝固，形成自下而上的柱状晶体结构。

现有技术的缺点为:由于传统的坩埚底护板为平板结构，其弊端是石英陶瓷坩埚的底面与底护板完全接触，因而对于坩埚底部来说，散热强度基本一致。从而在长晶初期，整个石英坩埚底面上温度分布基本一致，成核机会也一致，从而形成大量的晶核。使得晶体中的晶粒较小，在多晶体内的晶界密度及晶体缺陷密度较高，影响铸锭多晶晶体的质量，利用其制作的太阳能电池转换效率也会受到影响。

本实用新型提供了一种柱状大晶粒的铸造多晶硅的制备方法，通过对石墨底板进行改进，是石英坩埚底部不同区域的散热强度不同，从而改善多晶硅初始形核的条件，为大晶粒的生长提供条件。本实用新型涉及新型盖板的设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广。

本实用新型设计的新型石墨底板可以采用点冷的方式和棱冷的方式。点冷源的排列方式不但可以变化，而且点冷源的形状和大小也可以变化，棱冷的方式中，棱的大小和间距也是可以调整的。点冷源块和棱冷源块的材料是导热系数大于石墨的材料制备而成的，同时还具有较高的熔点，一般采用高纯金属钼或者钨。点冷源块和棱冷源块的厚度与石墨底板的厚度一致，大约在20至30毫米作用，整个点冷源块和棱冷源块是贯穿石墨底板上下两个平面的。