[发明专利]多晶硅铸锭装置和铸锭方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池片生产技术领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭装置。此外，本发明还涉及一种利用上述多晶硅铸锭装置的铸锭方法。

背景技术

硅锭切割的硅片是制作光伏电池片的最根本的材料，硅锭质量的好坏直接影响光伏电池片的转换效率，而影响硅锭质量的最主要因素就是杂质的多少。

目前的铸锭工艺，首先是经过喷涂-装料工序后，再进入铸锭工序。

喷涂：硅料高温熔化后会与坩埚发生反应，引入杂质，并且造成粘锅，影响硅锭的质量，所以需要在坩埚与硅料之间喷涂一层氮化硅溶液，利用氮化硅可以有效的隔离硅料与坩埚，氮化硅溶液喷涂完成以后，再进行高温烘干，将氮化硅溶液中的水分蒸发，就可以使坩埚内壁附着一层氮化硅涂层。

装料：坩埚烘干以后，将散碎的硅料，按顺序、要求及重量将硅料装入坩埚中。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型铸锭方法的工艺流程图。

装完料的坩埚就可以进行下一步的铸锭工艺，首先将装好料的坩埚装入铸锭专用设备-铸锭炉，按要求装好后，将铸锭炉合盖，合盖以后的铸锭炉，就形成一个密封的腔室，将装好硅料的坩埚密封在铸锭炉内部，开始运行铸锭工艺，整个铸锭工艺分6个过程，抽真空-加热-熔化-长晶-退火-冷却。

S11、抽真空：将铸锭炉密封腔室内的空气抽走，防止升温的过程中空气中的氧气与硅料发生氧化反应，影响硅锭质量。抽真空是利用真空泵将炉腔内的空气抽出，直到达到设备开启要求。

S12、加热：抽真空完成以后，进入加热阶段，加热是为了快速使硅料升温接近熔化温度，此时炉腔内的环境为真空环境，可以有利于将附着在硅料表面的水蒸气，通过抽真空的方法抽出，并且快速升温。

S13、熔化：熔化过程中，需要在密封的腔室内填充氩气，避免附着在坩埚内壁的氮化硅涂层发生分解反应。熔化开始后，密闭的腔室开始充气，按工艺程序充气到规定压力后，开始动态保持。动态保持的意思就是在保证进气稳定的同时，控制出气量的大小，从而保证炉腔压力不变，出气量的控制是通过专用的出气控制阀来控制的，炉腔的压力传感器，会将压力信号传输给压力中央控制器，中央控制器做出分析后，来控制出气控制阀的出气量，保证炉腔内压力。采用这种动态保持的方法，可以有效的保证炉腔内杂质挥发后利用空气带走。硅料开始熔化后，液体内易挥发杂质就会通过扩散的方式，到达液体表面挥发。但是这种扩散过程持续时间长，并且底部的杂质由于距液面较远扩散缓慢，往往还没有扩散到顶部，就已经开始结晶。整个熔化时间约为15个小时左右，并且还伴随的硅料的熔化，固定硅料内的杂质在没有变成液态硅之前无法进行挥发，而液面的面积有限，单位时间内的自由挥发量有限，在化料的过程中，固体硅随着熔化，杂质不断引入熔硅中，使液体中杂质会越来越多，整个熔化的时间短，大部分的可挥发杂质，还没有挥发就开始进入长晶段。

S14、长晶：熔化完成的硅料，开始进行长晶，长晶的过程是将炉腔内部的隔热装置向上升，液态硅从底部开始散热，底部的液态硅变成固态硅，并伴随着隔热装置的上升及热量的散失，缓慢向上凝固，大部分的易挥发杂质未挥发，就凝固到硅锭中，无法继续进行挥发。直至整个硅锭凝固完成，

S15、退火：由于长晶过程在底部开始，并伴随隔热笼升起，直至顶部，这样顶底之间因为散热的原因，就会存在一定得温度差，产生内应力。退火的作用就是在保证恒温环境下，消除温度差，从而消除内应力。

S16、冷却：在炉腔内快速冷却硅锭到出炉温度。

从上述工艺过程中不难看出，现有工艺是通过在熔化过程中采用自由挥发状态将硅溶液中的易挥发杂质挥发掉。但是，硅料熔化后时间过长会导致坩埚内部氮化硅涂层的破坏，所以，一般硅料熔化完成后就会开始降温到长晶温度，自由挥发时间较短，大部分的可挥发杂质还没有进行挥发，就进入长晶阶段，将杂质凝固在硅锭中，严重影响到硅锭本身的质量和性能。

因此，如何减少增加铸锭过程中杂质的挥发量，提高硅锭的质量，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多晶硅铸锭装置，该装置能有效提高铸锭过程中杂质的挥发量，提高硅锭的质量。本发明的另一目的是提供一种应用上述多晶硅铸锭装置的铸锭方法，以增加杂质的挥发量。

为实现上述发明目的，本发明提供一种多晶硅铸锭装置，包括容纳硅料的坩埚，还包括所述硅料熔化成硅液后向所述硅液中输送氩气的送气管，以及驱动所述送气管的出气端进出所述硅液的动力装置，所述送气管的进气端设于所述坩埚的外部，所述动力装置的动力输出端与所述送气管的出气端固定连接。