[发明专利]一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备

说明书

本发明涉及一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备，通过将石英坩埚设计成八边形，同时设置保温结构、加热结构及护板结构，其可以使铸锭炉设备上提高产量40％，并大幅提高加热效率，降低单位产品能耗40％以上，以上两个方面的作用可导致太阳能电池发电成本大幅下降，为太阳能发电平价上网做出突出贡献，与现有四方形硅锭相比，八边形硅锭在四个角部的方棒受氧原子扩散的影响明显降低，降低了后期电池片的光致衰减，提高了太阳能电池的效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池产业链的八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备。

背景技术

随着化石能源的逐步枯竭，并对环境造成不可逆转的污染，世界各国正加速发展可再生能源，希望通过可再生能源改变能源结构，维持可持续发展。在新的可再生能源中，太阳能作为最具潜力的新能源，以其独有的优势而成为人们重视的焦点。多晶硅铸锭是太阳能电池产业链中重要的基础环节，它是在多晶硅铸锭炉中采用先进的定向凝固技术，将高纯硅料高温熔化后通过特殊工艺定向冷凝结晶成硅锭，再经过开方切片(硅片规格为156*156mm)后，才能用于生产太阳能电池片。如何在多晶硅铸锭阶段制造出高质量、底成本的多晶硅锭，对提高多晶硅太阳能电池的转化效率，以及降低成本并实现平价上网具有至关重要的作用，因此，多晶硅铸锭(即硅锭的制造)的方法是目前本领域内技术人员研究的热点。

现有硅锭生产技术是在圆形铸锭炉中安装方形的热场利用方形石英坩埚铸造硅锭，生产出来的硅锭为四方形。生产工艺流程为：将高纯硅料装入高纯石英坩埚中，装上对石英坩埚起到保护作用的石墨护板(因为硅锭生产的最高温度达1560℃，而石英坩埚在1280℃以后会开始软化，需要石墨护板夹持来保持原有形状)，再一起放置到铸锭炉内，经过抽真空、加热、熔化、结晶、退火、冷却等步骤后，完成整个硅锭制造。一方面，目前世界上约有10000台左右铸锭炉在使用，其中约7000台在中国，其基本尺寸已经定型，不可能再大规模更新，因此硅锭的产能限制在现有的设备上。而在圆形铸锭炉中安装方形热场，空间利用率不高，仅能使用880*880*480mm的石英坩埚，装料量约为550kg，能开出25个156*156mm的方棒，能切片的重量仅为350kg左右，对应最终发电装机量约为6MW/年。另一方面，铸锭炉为间隙式高温设备，需要加热到1560℃左右，是一种高能耗的生产设备，现有铸锭形式由于空间利用率低，导致热效率低下，按目前装料550kg，加热功率165kW来计算，其热效率(硅锭生产过程中发生物理、化学变化所需要的热量除以整个过程中所消耗的热量)仅为65％左右，单位产品能耗达8.5kW.hr，这样就造成太阳能电池产业在这个环节上有较高的用电成本，不利于太阳能发电的平价上网，对太阳能发电这种可再生新能源的发展造成阻碍。其三方面，装载高纯硅料的坩埚为高纯石英材料，这种材料在高温下会有少量氧原子扩散到硅锭当中，并带入到后期生产的电池片中，而氧原子在电池片中为有害元素，是造成光致衰减(Light InducedDegradation,LID)主要原因，氧原子在多余载流子的作用下向替位硼原子快速扩散结合成硼氧复合体，这种硼氧复合体是一种亚稳态缺陷，形成了复合中心，能有效俘获并复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，从而显著降低少数载流子寿命及缩短少数载流子扩散长度，最终造成太阳能电池光电转换效率的衰减。硅锭四个角部的方棒同时面临横向和纵向两个石英坩埚面，受氧原子扩散的影响最大，是整个硅锭中的最低效部位，需要对其降低档次使用，这样就降低了整体后期的发电效率，间接提高了发电成本。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备，其相比四方形石英坩锅稳定性较高，受力更为均匀，高温变形量小，对形状的保持效果更佳。

本发明所采用的技术方案如下：

一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备，包括以下步骤：

第一步：将硅料装入八边形石英坩埚中，然后在所述八边形石英坩埚的外周包覆多块侧护板及角护板，各侧护板及角护板围合形成八边形护板结构；