[发明专利]一种定向凝固生长太阳能电池用的多晶硅锭制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造工艺技术领域，尤其涉及一种定向凝固生长太阳能电池用的多晶硅锭制造工艺。

背景技术

人类大规模使用石化燃料造成的全球变暖使得气候异常日益严峻，而石化燃料逐渐枯竭带来的能源危机更加制约了社会的可持续发展，发展清洁能源己经成为世界各国的共识，目前所使用的可再生能源中最有潜力的当属太阳能，作为一种可靠的能源供给，只要有阳光能够照射就可使用，资源的利用无需费用，对环境也不存在任何污染，将成为取代传统的石化能源，支持人类未来可持续发展的主要能源供给方式。

目前，国内已经掌握了单晶硅提拉和多晶硅铸锭，多晶硅铸锭技术在中国已经得到了大规模的应用，廉价且可利用率高的多晶硅锭的制备在今后晶硅太阳能电池的原材料技术开发中占据着重要位置。多晶硅太阳能电池片由于内部存在晶界等缺陷使得转换效率只比单晶硅太阳能电池片略低，而由于光照受地区、天气的影响，实际使用差距不大。其成本低，生产周期短，随着技术的不断改进，质量也不断上升，未来必将成为中国光伏产业的主力。

近些年太阳能硅材料的需求促使了材料制备技术的不断改进，产生了多种多晶硅制备方法，有效地改进和提高了硅材料的利用率和使用性能。多晶硅锭实际上就是由定向排列的柱状晶体组合形成，其生产基于定向凝固原理，即定向凝固法。定向凝固技术就是在凝固过程中控制凝固体和熔体中的温度场，使其温度梯度形成特定方向，从而使得熔体沿着与热流相反的方向凝固，获得具有特定取向柱状晶的技术。

在定向凝固技术中，目前多晶硅定向凝固铸锭的生长方法主要以下几种：a布里奇曼法，其结构比较复杂，且增竭的升降速度必须保持平稳；b浇铸法，其特点是多晶硅料的熔融和定向凝固在不同的柑锅中进行，通过浇铸法可以实现规模化的连续生产，以提高生产效率，并降低能耗；不过由于熔融和定向凝固使用了不同材质的柑竭，将会导致二次污染；而且，浇铸法使用了多个运动部件，包括绪竭翻转浇铸机械部件、引锭机械部件等，此外硅液高达1410⁰C以上的高温使得这种机械结构复杂，不利于使用；c电磁铸锭法,这种方法效率高，加热时间短，节约了时间。而且，由于硅液不和柑锅直接接触，避免了来自增祸的二次污染，减少了杂质，另外，还可以连续生产；此外，由于电磁力对硅液的搅拌作用，使得硅液中的掺杂更加均匀；但同样由于电磁力的干扰，使得生长的多晶硅的晶粒较小且晶体缺陷较多，导致生产的硅片的少数载流子寿命较低，需要对技术作进一步的完善。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种定向凝固生长太阳能电池用的多晶硅锭制造工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提出了一种定向凝固生长太阳能电池用的多晶硅锭制造工艺，包括如下步骤：

S1、在型号为SCU400的多晶硅铸锭炉工艺室内的横截面积为690mmX690mm或840mmX840mm或1000mmX1000mm的坩埚中装入高纯度硅原料，并对工艺室进行密闭；

S2、利用型号为T7673-95的真空泵和真空阀在密闭的工艺室内部维持10^-2-10^-4torr范围的真空度；

S3、在S2中接着启动第一加热器及第二加热器加热坩埚；当坩埚被加热时，装入的高纯度硅原料逐渐开始熔融；当完成熔融时，需要重新冷却坩埚使熔融硅凝固；为了利用冷却板凝固熔融硅，首先降低第一加热器温度并切断第二加热器电源；其次，起动第二移送轴将第三隔热板向下移动，从而露出第二加热器和第二隔热板；随着坩埚热量释放到露出的部分，熔融硅开始部分凝固；起动移送夹具使第二加热器和第二隔热板在第一隔热板和第三隔热板之间所形成的空间中水平移动而被打开；

S3、利用冷却板促进坩埚下部冷却时，熔融硅从接触冷却板的坩埚下部开始凝固，并由下部向上部方向发生凝固；此时，通过调节移送轴的上下移送速度、冷却板内流动的制冷剂温度、加热器温度等因素控制冷却速度；坩埚在通过冷却板进行冷却的同时下降而使冷却效果最大化，并与第三隔热板接触；如果通过冷却板使熔融硅完成凝固，则将坩埚重新移送到上部并加热第一及第二加热器而在800℃-1600℃范围内追加进行退火工艺；该退火工艺有助于使多晶硅内的各种缺陷最小化；

S4、完成退火工艺之后，在型号为SCU400的多晶硅铸锭炉工艺室内注入吹扫气体，当工艺室内压力达到常压时打开工艺室取出凝固的产品；

S5、把该产品放在检测仪器上检测，挑选优质品进行去除毛料。