[实用新型]一种高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置

说明书

本实用新型涉及一种高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置，属于光伏技术领域，它解决了现有技术中多晶硅锭晶体位错密度大的问题。本高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置包括炉体，炉体内设有可升降运动的隔热笼，隔热笼内设有坩埚、坩埚护板、石墨底板、石墨盖板、顶部加热器和侧部加热器，石墨底板放置在热交换平台上，坩埚放置在石墨底板上，热交换平台上设有辅助冷却装置，所述的辅助冷却装置可调节冷却温度。本高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置在浇铸时坩埚底部铺设耐高温硅碎料，一方面起到形成晶相结构较好的形核作用，另一方面由于硅碎料涂覆有耐高温层，可防止硅碎料全部熔融导致晶体组织再次混乱，可以起到很好的固定形核作用。

技术领域

本实用新型属于光伏技术领域，涉及一种多晶硅锭的浇铸装置，特别是一种半熔法浇铸多晶硅锭的装置。

背景技术

太阳能发电是人类利用太阳能的重要手段，而太阳能电池则是实现光电转换的主要装置，太阳能电池的光电转换效率决定了太阳能源的利用转化率。近年来，世界太阳能电池的产量和装机容量每年都在30％的速度快速发展。目前，全球累计装机容量为25.4GW，预计到2020年全球装机容量将达到278GW。

目前，太阳能电池的种类不断增多，其中晶体硅太阳能电池尤其是多晶硅太阳能电池以较低的成本和较高的转换效率，在未来一段时期内仍将占据主导地位。但是，相对于传统能源，多晶硅太阳能发电成本相对较高，市场化率相对较低。从目前全球形势及整个行业的发展来看，提高多晶硅太阳能电池的转换效率、降低光伏组件的发电成本是光伏产业的必然趋势。如何以较低的成本制备出高效率的太阳能电池成为行业研究的热点。除电池工艺因素外，传统多晶硅片的位错密度过高是限制多晶硅电池转换效率的主要因素之一。传统多晶硅片内的位错产生原因一方面是硅锭内碳含量过高，碳原子较硅原子半径小，会引起较大的晶格畸变，产生大量位错；另一方面是传统定向凝固方法的局限性，晶体生长初期，晶体内存在较大的位错密度，后期位错增殖，造成整锭位错密度过高，直接影响了太阳能电池的光电转化效率。

针对晶体生长初期生长不好的情况，可采用有籽晶高效多晶硅技术，即采用毫米级硅料作为形核中心进行外延生长，引导熔融的硅液固化时以高质量硅料为形核中心进行柱状生长。而晶体生长过程中，定向凝固时的温度梯度也是决定了晶体质量的重要一环，现有技术中采用的冷却方式最大的问题是固液相分离处温度不均匀，产生横向温差导致晶体生长取向性差，从而导致多晶硅锭的位错密度大，影响了太阳能电池的光电转化效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种位错密度小的多晶硅锭浇铸装置。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置，包括炉体，所述的炉体内设有可升降运动的隔热笼，所述的隔热笼内设有坩埚、坩埚护板、石墨底板、石墨盖板、顶部加热器和侧部加热器，所述的石墨底板放置在热交换平台上，所述的坩埚放置在石墨底板上，其特征在于，所述坩埚底部铺设一层硅碎料，所述的硅碎料层形成具有无数的孔洞的支架结构,所述的硅碎料为表面涂覆氮化硅层的耐高温硅碎料,所述的坩埚底部和侧部喷涂有氮化硅涂层。

硅碎料中的原生硅熔点为1420±2°，传统半熔工艺单纯使用硅碎料铺置坩埚底部，在铸锭炉加热、熔化过程中因受多种因素影响，一旦籽晶熔完，就不能起到籽晶形核作用。而当硅碎料表面覆盖有氮化硅粉时，将会起到保护硅碎料，使之不会熔化的作用，从而很好的保留住籽晶。氮化硅化学式Si3N4，白色粉状晶体，熔点1900℃，氮化硅极耐高温，受热后不会熔成融体，直到1900℃才会分解。因此在硅料融化过程中无需多次试探固液界面，只需保持1420～1900℃之间一定时间即可，无需担心硅碎料融穿影响其作为形核的功能。坩埚内壁上氮化硅层的设置，可以有效防止坩埚内壁的杂质进入晶体中，并防止多晶硅锭发生粘锅现象，从而提高多晶硅锭的质量和降低铸锭工艺的操作难度。

在上述的高效光电转化率的多晶硅锭浇铸装置中，所述的热交换平台上设有辅助冷却装置，所述的辅助冷却装置可调节冷却温度。