專利名稱：一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置。
背景技術：
2005年以前，全世界每年消耗2萬噸左右半導體級多晶硅，太陽能電池消耗約 8000-9000噸多晶硅，其比例是2:1，但是，2005年以來，這個比例發生了變化，太陽能 電池的使用量大大增加，半導體多晶硅的增長幅度為5%左右，而太陽能電池用多晶硅的 幅度為30%左右。2005年，世界多晶硅為2.88萬噸，比2004年增長5%。據專家預測， 2009年世界多晶硅的年需求量將達到6. 5萬噸，太陽能電池多晶硅將超過半導體級多晶 硅需求量。
1975年，Wacker公司首創了澆鑄法制多晶硅材料，其后，許多研究小組先后提出了 多種鑄造工藝。這些鑄造工藝主要分為兩種方式 一種方式是在一個石英坩堝內將多晶硅 熔化，而后澆鑄到石墨模具中；另一種方式是在同一個坩堝內熔化后采用定向凝固的方法 制造多晶硅。其中后一種方式所制出的多晶硅質量較好。用定向凝固法制多品硅的原理是， 嚴格控制垂直方向上的溫度梯度，使固液界面盡量平直，從而生長出取向較好的柱狀多晶 硅，其電學性能均勻。與單晶硅不lkl，鑄造出的多晶硅呈長方體，除去極少量的邊角料， 再采用線切割，昂貴的材料損失就少多了，其成本自然很低,故得到廣泛重視.
鑄造多晶硅材料己經取代了直拉單晶硅材料成為最主要的太陽能電池材料，但是市場 的競爭促使鑄造多晶硅材料的生長工藝需要不斷地革新。低成本和高效率是太陽能電池工 業得以長時間可持續發展的兩個根本條件，這就要求鑄造多晶硅硅片的成品率高以及鑄造 多晶硅材料中具有電學活性的雜質濃度較低。所以，鑄造多晶硅材料的發展趨勢便是大體 積化和盡可能增加硅錠的有效利用體積。
但是，目前,冶金法制備太陽能級多晶硅時始終面臨著多晶硅鑄錠冷卻過程中開裂的 問題，因為與大多數金屬在凝固時體積發生收縮不同的是，金屬硅在凝固過程中體積膨脹 10%左右。另外，由于制造鑄造多晶硅的原料主要為微電子工業剩下的頭尾料，所以其體內的雜質含量很髙。其次，鑄造過程中產生大量的應力，可能導致大量位錯產生。
發明內容
本發明的目的在于提供一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置。 本發明提供的技術方案如下
一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于將多晶硅鑄錠從爐內取出后，立即放 置于一個與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內，自然放置3天 30天后取出；取出后立即
去除邊皮，并破成標準方錠保存。
所述的標準方錠為156mmX156ramX260mra,當然，根據切片需要，也可以是其它形狀 的長方體。
前述的多晶硅鑄錠出爐時的溫度為200 300X:。 更佳的，前i&的自然放置時間為10 20天。
一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，包括一保溫罩及一手車，其特征在于所述的 保溫罩設置在手車上，其由普通鍍鋅鋼管制成，內側有一石墨碳氈層；所述的保溫罩形狀 為與多晶硅鑄錠形狀相配合的六面體結構，每相鄰的面為可拆卸連接；所述的手車包括一
用于放置保溫罩的平板， 一裝于平板后側邊緣的用于推動的手柄部，以及位于平板底部的 滾輪。
所述的保溫罩固定連接或可拆b地連接于所述手車裝置的平板上。
所述的石墨碳氈層厚度為10mm 100咖。
本發明原理多晶硅鑄錠是采用定向凝固的方法制備而成的。晶體呈柱狀晶由底部向
頂部生長，晶體缺陷易集中于晶界處。整個多晶硅鑄錠在定向凝固過程中，微量雜質由底 部向頂部移動，故頂部雜質最多。若多晶硅取出后，直接在空氣中冷卻，冷卻速度不均勻， 四周及頂部邊皮處冷卻最快，內部熱應力迅速向四周及頂部擴散，在晶界及雜質點擴散不
均勻。且多晶硅的性質為熱縮冷漲。四周及底部溫度低，晶體出現膨脹力，內部溫度高， 出現收縮力，故應力易于集中于晶體內部，此時切片會導致碎片率提髙。隨著鑄錠放置的 時間增長，內部應力再緩慢向四周擴散，若擴散不均勻直接導致晶體開裂或切片率增加， 若均勻擴散，擴散至頂部時，遇到大量密集的雜質，尤其在鑄錠的頂部雜質聚集較多，會直接導致頂部開裂。由于鑄錠中多晶硅呈柱狀生長，不及時處理頂部開裂，裂紋會由頂部 延伸至底部，造成巨大損失。
圖l說明將鑄錠剛剛取出放置于空氣中時，四周溫度低，應力為膨脹力；中心溫度 高，應力為收縮力，故應力集中于中心部位，易導致鑄錠開裂或切片時碎片率高。
圖2說明長久放置，溫度基本都冷卻至室溫時，應力由中心向四周擴散，遇到雜質 點及不規則晶界(例如孿晶及孿晶帶)，仍會產生應力集中，且不易消除。
采用本發明方法后，在多晶硅鑄錠取出時即放入保溫罩內保溫3 30天以上，使其均 勻冷卻，則多晶硅鑄錠幾乎不會產生熱應力；在保溫裝置中冷卻至室溫后取出多晶硅錠， 并立即將雜質較為集中的邊皮去掉，則減少了雜質導致的應力集中，避免雜質存在時導致 的頂部開裂，這使處理后的多晶硅鑄錠可長時間放置而不影響性能。另外，將鑄錠破成標 準方錠，有利于進一步消除可能存在的殘余應力，以便長久放置。此外，本發明的裝置結 構簡單，使用方便，鑄錠容易轉移到合適位置保溫冷卻，而不必等到完全冷卻后再出爐， 節省每爐的生產時間。
圖1為鑄錠剛取出放置于空氣中時的應力示意圖，其中箭頭為應力方向；
圖2為鑄錠長久放置后的應力示意圖，其中箭頭為應力方向；
圖3為本發明一種減少多晶硅鑄錠ik力裝置的立體結構示意圖4為本發明一種減少多晶硅鑄錠應力裝置的主視圖5為本發明一種減少多晶硅鑄錠應力裝置的頂視圖。
具體實施例方式
參照圖3至圖5， 一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，包括保溫部分l及手車部分 2,其中保溫部分l包括前板ll，前板11為普通鍍錫鋼管111制成，內表面有一石墨碳 氈層112，其厚度為50mm;另還包括左板12,后板13及右板14,其結構與前板11 一致， 板11 14順次可折疊式連接，另還包括一上板和一下板(圖中未顯示)。前板ll，左板 12，后板13及右板14，以及上板及下板之間，可圍成一六面體型密封空間。
手車2包括一平板22，平板22底部安裝有四個滾輪23，后側邊緣裝有手柄21，用于推動整個裝置。
使用時，先在推車上擺好下板，當多晶硅鑄錠出爐后，立即安放在下板上，并順次圍 上左板12,后板13、右板M及前板ll，之后蓋上上板。多晶硅鑄錠3安放好之后，推 動小車2將整個裝置從爐室旁邊移開，即可進行下一爐的單晶棒生產。而保溫裝置內的多 晶硅鑄錠冷卻至室溫取出，立即去除帶雜質部分的上皮，并破成標準方塊保存。
同等材料下
實施例l、未采用本發明的方法，275kg鑄錠，在空氣中放置8個月后，頂部開裂； 為避免切片損失，放棄切片。
實施例2、未采用本發明方法，275kg鑄錠，在空氣中放置30天后，切片，出合格片 8000片，后續電池片生產，應力片易損易碎，又損失520片，最后合格為電池片7480片。
實施例3、采用本發明方法，275kg鑄錠，出爐時立即放入保溫裝置中，保溫3天后 取出，切除邊皮后立即切片，出合格片9000片，后續電池片生產，又損失180片，最后 合格為電池片8820片。
實施例4、采用本發明方法，275kg鑄錠，出爐時立即放入保溫裝置中，保溫14天后 取出，切除邊皮后立即切片，出合格片9200片，后續電池片生產，又損失100片，最后 合格為電池片9100片。
實施例5、采用本發明方法，2&kg鑄錠，出爐時立即放入保溫裝置中，保溫l個月 后取出，切除邊皮后立即切片，出合格片9100片，后續電池片生產，又損失約150片， 最后合格為電池片8950片。
實施例6、采用本發明方法，275kg鑄錠，出爐時立即放入保溫裝置中，保溫l個月 后取出，切除邊皮，破成標準方錠(156咖X156咖X260咖)，空氣中放置30天后再切片， 出合格片9050片，后續電池片生產，又損失約180片，最后合格為電池片8870片。
實施例7、采用本發明方法，275kg鑄錠，出爐時立即放入保溫裝置中，保溫15天后 取出，切除邊皮，破成標準方錠(156mmX156mmX260mm),空氣中放置8個月后再切片， 出合格片8800片，后續電池片生產，又損失260片，最后合格為電池片8540片。
上述僅為本發明的一個具體實施例，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護范圍的行為。
權利要求
1、一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于將多晶硅鑄錠從爐內取出后，立即放置于一個與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除邊皮，并破成標準方錠保存。
2、 如權利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于所述的多晶硅鑄 錠出爐時的溫度為200'C 300'C。
3、 如權利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于所述的自然放置 時間為10天 20天。
4、 如權利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應力的方法，其特征在于所述的標準方錠 體積為156mmX156咖X260mm。
5、 一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，包括一保溫罩及一手車，其特征在于所述的 保溫罩設置在手車上，其由普通鍍鋅鋼管制成，內側有一石墨碳氈層；所述的保溫罩 形狀為與多晶硅鑄錠形狀相配合的六面體結構，每相鄰的面為可拆卸連接；所述的手 車包括一用于放置保溫罩的平板， 一裝于平板后側邊緣的用于推動的手柄部，以及位 于平板底部的滾輪。
6、 如權利要求5所述的一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，其特征在于所述的保溫 罩固定連接或可拆卸地連接于所述手車裝置的平板上。
7、 如權利要求5所述的一種減少多晶硅鑄錠應力的保溫裝置，其特征在于所述的石墨 碳氈層厚度為10mm 100mm。
全文摘要
本發明涉及一種減少多晶硅鑄錠應力的方法和裝置，該方法包括將多晶硅鑄錠從爐室中取出后，立即放置于一個與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除邊皮，并破成標準方錠保存。該裝置包括一保溫罩及一手車，所述的保溫罩為六面體結構。使用本發明的方法和裝置，使多晶硅鑄錠均勻冷卻，則其幾乎不會產生熱應力；冷卻后取出多晶硅錠，并立即將雜質較為集中的邊皮去掉，則減少了雜質導致的應力集中，避免雜質存在時導致的頂部開裂。
文檔編號C30B33/00GK101660209SQ20091011212
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者毅 南, 張偉娜, 禹 林, 健 汪, 香 程, 趙志躍, 鄭智雄 申請人:南安市三晶陽光電力有限公司