[发明专利]一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅铸锭技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺。

背景技术

光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上（即非硅杂质总含量在1ppm以下），否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶硅片生产技术有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4（每个硅锭重约270公斤，可切4×4=16个硅方)进步到G5(5×5=25个硅方），然后又进步到G6(6×6=36个硅方)。并且，所生产多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶硅铸锭的制造成本逐步降低。目前，如何制造出体积更大的多晶硅铸锭，是降低制造成本的重要措施。

实际生产过程中，太阳能多晶硅铸锭时，需使用石英坩埚来填装硅料，且将硅料投入石英坩埚后，通常情况下还需经预热、熔化（也称熔料）、长晶（也称定向凝固结晶）、退火、冷却等步骤，才能完成多晶硅铸锭过程。多晶铸锭过程中，由于铸锭炉炉腔内部的热场（一般采用石墨材料）、石英坩埚等在高温下发生反应会产生含碳气体，如CO、CO₂等，含碳气体如果不及时排出去，就会进入硅熔液，导致硅熔液在定向凝固长晶过程中形成碳沉积物、SiC夹杂物等杂质或缺陷，这不仅会导致多晶硅切割工艺中增加断线事故及产生线痕不良，而且还会导致成品电池片漏电率高、转换效率低，因而需进行排杂。现如今，常用的排杂方法是在铸锭炉顶部通入惰性气体（如氩气）来排出所产生的含碳气体。但实际熔料过程中，铸锭炉内的气体并不能马上通过出气口排出热场，而是会在坩埚、护板、盖板等组成的组合结构中循环，并进入硅熔液表面，使碳元素被吸附及溶入硅熔液中，相应使SiC、Si₃N₄等杂质进入硅锭，从而造成生长出的硅锭的碳含量高，造成铸锭缺陷，影响切片成品率，并且最终导致电池片低效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其方法步骤简单、设计合理、实现方便且易于掌握、使用效果好，能将炉内含碳气体及时排出，并有效提高多晶硅铸锭质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：

步骤一、预热：采用铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行预热，并将所述铸锭炉的加热温度逐步提升至T1；预热时间为6h～10h，其中T1=1165℃～1185℃；

步骤二、熔化：采用所述铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行熔化，直至坩埚内的硅料全部熔化；熔化温度为T1～T5；其中T5=1540℃～1560℃；

本步骤中熔化过程中，向所述铸锭炉内充入惰性气体并将所述铸锭炉内气压保持在Q1，其中Q1=550mbar～650mbar；

步骤三、排杂，过程如下：

第11步、降压：将所述铸锭炉的加热温度控制在T5，并将所述铸锭炉的气压由Q1降至Q2，降压时间为8min～12min；其中，Q2=350mbar～450mbar；

第12步、保压：将所述铸锭炉的加热温度控制在T5，并将所述铸锭炉内气压保持在Q2，保压时间为10min～60min；

第13步、升压及降温：先将所述铸锭炉的气压由Q2升至Q1，再将所述铸锭炉的加热温度由T5逐渐降至T6，其中T6为多晶硅结晶温度且T6=1420℃～1440℃。

上述一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征是：第12步中保压时间为25min～35min。

上述一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征是：步骤二中Q1=600mbar，第11步中Q2=400mbar。

上述一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征是：第13步中将所述铸锭炉的气压由Q2升至Q1的升压时间为8min～12min，将所述铸锭炉的加热温度由T5逐渐降至T6的降温时间为1h～2h。

上述一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征是：步骤三中排杂过程所需总时间为2.4h～2.6h。

上述一种多晶硅铸锭熔料及排杂工艺，其特征是：步骤二中待坩埚内的硅料全部熔化后，先将所述铸锭炉的加热温度控制在T5，之后所述铸锭炉的加热功率开始下降，待所述铸锭炉的加热功率停止下降且持续时间t后，熔料过程完成；然后，再进入步骤三；其中t=18min～22min。