[发明专利]一种多晶硅片直接成型的方法及其装置

摘要

本发明为一种多晶硅片直接成型的方法及其装置。该方法具体是：利用内部压力可控的坩埚，将已经熔化的硅液铸压到特定的铸模模腔内；定向凝固块的温度低于硅的熔点温度；硅液在定向凝固块的过冷度驱动下开始从上向下定向凝固并吸附在定向凝固块形成面上；该形成面具有精细的绒面结构，可控形核，生长出的晶粒尺寸小且均匀；凝固完成后，取出带有吸附硅片的定向凝固块；调节定向凝固块腔内的压力和温度将取出的硅片释放。本发明采用具有精细绒面结构的形成面生长硅片，替代复杂的湿法制绒工艺，减少了传统制造硅片的工艺流程，提高了硅材料的利用率，有效的降低了太阳能电池的制造成本。

主权项

1.一种多晶硅片直接成型的方法，其特征为该方法包括如下步骤：第一步，原料的加入将多晶硅原料加入到所述的多晶硅片直接成型装置的坩埚中；第二步，原料的熔化将上述晶体生长炉抽真空至1.33×10^‑4Pa～1.06×10^‑4Pa,启动加热器加热坩埚，在1785K‑1835K，熔化坩埚中的硅料，当硅料完全融化后，保持温度20min‑30min；同时设定定向凝固块腔内的温度为1685K‑1690K，压强为1.33×10^‑4Pa～5.33×10^‑4Pa；第三步，硅液的导流然后向坩埚内通氩气，使坩埚内气压在1.63×10⁵Pa～1.83×10⁵Pa，坩埚内的硅溶液在毛细作用和气体压力下通过导流管流入到上部的铸模模腔的容纳盒内；第四步，定向凝固硅液填满容纳盒后，容纳盒顶部的溢流孔有硅液从硅液溢流口流出，此时降低上部定向凝固块腔内的温度和压强，使定向凝固块腔内温度1073K～1290K,压强1.33×10^‑4Pa～1.06×10^‑4Pa，则模腔内的硅液从上往下定向凝固；第五步，提取定向凝固块当降低到设定的温度和压力后10～30秒后，模腔内的硅液完全凝固后，取出底部吸附有多晶硅片的定向凝固块；第六步，释放以及切割硅片将定向凝固块腔内的压强调至1.46×10⁷Pa～1.66×10⁷Pa，温度调至1480K～1500K，此时硅片在腔内压力的作用下被释放，然后使用激光切割硅片边缘部分，即可制得一种直接成型的多晶硅片；所述的多晶硅片直接成型装置，该装置包括定向凝固块、铸模模腔、保温屏、加热器、坩埚、石墨支架和隔热笼；其中，定向凝固块的正下方为铸模模腔；定向凝固块的下半部和铸模模腔一同置于保温屏之中；保温屏固定在隔热笼的顶盖上；隔热笼的内部，隔热笼的底板上为石墨支架，石墨支架上放置有坩埚；坩埚的顶部与隔热笼的顶盖下部相连，周围设置有加热器，并设置有通氩气孔到隔热笼外；所述的定向凝固块的主体是空腔体，空腔体的顶部设置有钢罩；空腔体的外壁的中部固定有限位装置；空腔体的底部为石墨层，石墨层的下表面为形成面，所述的形成面的材质为蓝宝石材料，厚度为3～4μm，上面分布有大小相同、塔顶向下的金字塔状凸起，金字塔高为2～4μm，塔基为正方形，边长为3～5μm，金字塔状凸起之间的间隙为1～2μm，覆盖率为85～90％；所述的铸模模腔的组成包括容纳盒和其下部的调温器；容纳盒的结构呈正方形漏斗状，漏斗的倾角角度为10°～15°；容纳盒的顶部与每一个侧壁顶部中间各有一个开口，前后对称的开口是硅液填满后的硅液溢流口，左右对称的开口是硅液流入口，每个硅液流入口均安装有一个用于传输硅液的导流管，导流管向下，穿过隔热笼的顶盖，通入到坩埚的底部。