一種多晶硅錠的制備方法及多晶硅錠的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種多晶硅錠的制備方法及由該方法制得的多晶硅錠，其中多晶硅錠的制備方法包括以下步驟：制備懸浮有形核顆粒的硅溶液；使熔化的硅溶液定向凝固，制得多晶硅錠。硅溶液中懸浮有形核顆粒，促使鑄錠過程中不斷形核生長，從而能均勻控制制得的多晶硅錠的晶粒的尺寸和缺陷密度，提升硅片的轉換效率。
【專利說明】—種多晶娃錠的制備方法及多晶娃錠
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能光伏材料制備領域，具體涉及一種多晶硅錠的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前多晶鑄錠過程，主要方式為將硅料熔化后，通過鑄錠爐進行單向導熱，底部達到一定過冷度后發生成核，晶核在定向凝固過程中垂直生長，并隨著高度增加逐漸長大。但是由于位錯在初期產生后便隨著晶體生長而增殖，所以晶粒生長時間越長，長得越大，位錯密度就越高。這種成核和生長方式導致了多晶硅片的轉換效率在硅錠生長初期位置達到一定高度后便開始下降。
【發明內容】
[0003]基于此，有必要提供一種能提升多晶硅片轉化效率的多晶硅錠的制備方法。
[0004]一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟:
[0005]制備懸浮有形核顆粒的娃溶液；
[0006]使熔化的硅液定向凝固，制得多晶硅錠。
[0007]在其中一個實施例中，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括:
[0008]將混雜有形核顆粒的多晶娃料投入樹禍；
[0009]加熱熔化所述混雜有形核顆粒的多晶硅料。
[0010]在其中一個實施例中，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括:
[0011 ] 將多晶硅料投入坩堝；
[0012]加熱熔化所述多晶硅料形成硅溶液；
[0013]向所述硅溶液中加入形核顆粒。
[0014]在其中一個實施例中，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括:
[0015]向坩堝內投入形核顆粒；
[0016]在另一個坩堝中加熱固體硅料，制得熔融狀態的硅料，并將所述熔融狀態的硅料澆注至設有形核顆粒的坩堝內。
[0017]在其中一個實施例中，所述形核顆粒為固體硅與氧化硅的復合體。
[0018]在其中一個實施例中，所述形核顆粒的顆粒度為0.1?1mm。
[0019]在其中一個實施例中，所述形核顆粒的密度為2.5-2.6g/cm3。
[0020]還提出一種多晶硅錠，其是通過前述任一項所述的方法制得。
[0021]上述多晶硅錠的制備方法，硅溶液中懸浮有形核顆粒，促使鑄錠過程中不斷形核生長，從而能均勻控制晶粒的尺寸和缺陷密度，提升硅片的轉換效率。
[0022]通過上述方法制得的多晶硅錠，晶粒的尺寸均勻，缺陷密度低，制得的硅片的轉換效率較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為多晶硅錠的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]請參考圖1，本發明提供一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟。
[0025]步驟3110、制備懸浮有形核顆粒的硅溶液。首先制備出硅溶液，其中懸浮有形核顆粒。
[0026]形核顆粒的材料選擇原則為:選擇熔點高于硅，密度與硅液接近，且不會對硅晶少子壽命產生影響，在硅液中能夠形成懸浮狀態，并在凝固之后硬度不影響切片的材料作為成核材料。本發明中，這種材料是固體硅和氧化硅的復合體。由于固體硅的密度(2.338/01113))小于液體娃(2.538/(31113))，而二氧化娃的密度(2.65^/01113))大于液體娃，所以可通過控制硅粉氧化程度，使復合體的密度與液體硅接近，而二氧化硅的熔點(16701)高于硅的熔點(14231),從而該成核顆粒可以懸浮在熔融硅液中。為達到既能成核均勻又不增加硅錠雜質的目的，形核材料的顆粒度應該控制在0.1?1111111之間。
[0027]制備懸浮有形核顆粒的硅溶液至少可以通過以下幾種方式獲得。
[0028]方式一、將混雜有形核顆粒的多晶硅料投入坩堝，然后加熱熔化混雜有形核顆粒的多晶硅料。
[0029]方式二、將多晶硅料投入坩堝；加熱熔化多晶硅料形成硅溶液；向硅溶液中加入形核顆粒。
[0030]方式三、向坩堝內投入形核顆粒；在另一個坩堝中加熱固體硅料，制得熔融狀態的硅料，并將熔融狀態的硅料澆注至設有形核顆粒的坩堝內。
[0031]上述三種方式均可以獲得懸浮有形核顆粒的硅溶液。
[0032]步驟3120、使熔化的硅溶液定向凝固，制得多晶硅錠。本步驟中，使用定向凝固法使熔化的硅液定向凝固，并得到多晶硅錠。定向凝固法指的是在同一個坩堝中熔煉，利用雜質元素在固相和液相中的分凝效應達到提純之目的，同時通過單向熱流控制，使坩堝中的熔體達到一定溫度梯度，從而獲得沿生長方向整齊排列的柱狀晶組織。定向凝固法本身為本領域技術人員所熟知，不再贅述。
[0033]本步驟中，形核顆粒在硅液中均勻懸浮。在硅錠生長初期，從坩堝底部開始，由這種形核顆粒誘發成核，使硅晶核形成。隨著多晶硅錠的逐步增高，懸浮的復合體形核顆粒不斷作為新的核心，促使新的晶核出現。在整個多晶硅錠的生產過程中，該形核顆粒在硅液中懸浮形成新的晶核，由于多晶晶粒形成初期的位錯密度較低，從而能有效控制晶粒內的缺陷密度，同時晶核的不斷形成，使多晶晶粒的尺寸能得到均勻控制，進一步抑制位錯的增殖，轉化效率得到有效提聞。
[0034]利用上述方法制得的多晶硅錠，晶粒的尺寸均勻，缺陷密度低，制得的硅片的轉換效率較高。
[0035]下面通過具體實施例來進一步說明。
[0036]實施例1
[0037]將密度介于2.5-2.6^/01113之間的硅和氧化硅的復合體101?作為形核材料與790^的多晶硅原料混合后投入坩堝內，其中硅和氧化硅的復合體的顆粒度為0.1臟。
[0038]然后加熱熔化混雜有形核顆粒的多晶硅料形成硅溶液，使硅溶液定向凝固，制得多晶娃淀。
[0039]通過測試，本實施例的多晶硅錠，較未設置形核材料制得的多晶硅錠，硅片的轉換效率要高0.4%。
[0040]實施例2
[0041 ] 將密度介于2.5-2.6g/cm3之間的硅和氧化硅的復合體1kg作為形核材料與790kg的多晶硅原料混合后投入坩堝內，其中硅和氧化硅的復合體的顆粒度為0.5_。
[0042]然后加熱熔化混雜有形核顆粒的多晶硅料形成硅溶液，使硅溶液定向凝固，制得多晶娃淀。
[0043]通過測試，本實施例的多晶硅錠，較未設置形核材料制得的多晶硅錠，硅片的轉換效率要高0.35%。
[0044]實施例3
[0045]將790kg的多晶硅原料投入坩堝。加熱熔化多晶硅原料，形成硅溶液。
[0046]將密度介于2.5-2.6g/cm3之間的硅和氧化硅的復合體1kg作為形核材料加入硅溶液中，硅和氧化硅的復合體的顆粒度為1_。然后使硅溶液定向凝固，制得多晶硅錠。
[0047]通過測試，本實施例的多晶硅錠，較未設置形核材料制得的多晶硅錠，硅片的轉換效率要高0.4%。
[0048]實施例4
[0049]將790kg的多晶硅原料投入坩堝。加熱熔化多晶硅原料，形成硅溶液。
[0050]將密度介于2.5-2.6g/cm3之間的硅和氧化硅的復合體1kg作為形核材料加入硅溶液中，硅和氧化硅的復合體的顆粒度為0.8_。然后使硅溶液定向凝固，制得多晶硅錠。
[0051]通過測試，本實施例的多晶硅錠，較未設置形核材料制得的多晶硅錠，硅片的轉換效率要高0.25%。
[0052]實施例5
[0053]將密度介于2.5-2.6g/cm3之間的硅和氧化硅的復合體1kg作為形核材料投入坩堝中。
[0054]將790kg的多晶硅原料投入另一個坩堝。加熱熔化多晶硅原料，形成硅溶液。
[0055]將硅溶液澆注至設有形核材料的坩堝中。然后，使其定向凝固，制得多晶硅錠。
[0056]通過測試，本實施例的多晶硅錠，較未設置形核材料制得的多晶硅錠，硅片的轉換效率要高0.3%。
[0057]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種多晶硅錠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 制備懸浮有形核顆粒的娃溶液； 使熔化的硅溶液定向凝固，制得多晶硅錠。
2.根據權利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括: 將混雜有形核顆粒的多晶硅料投入坩堝； 加熱溶化所述混雜有形核顆粒的多晶娃料。
3.根據權利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括: 將多晶硅料投入坩堝； 加熱熔化所述多晶硅料形成硅溶液； 向所述硅溶液中加入形核顆粒。
4.根據權利要求1所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述制備懸浮有形核顆粒的硅溶液的步驟包括: 向坩堝內投入形核顆粒； 在另一個坩堝中加熱固體硅料，制得熔融狀態的硅料，并將所述熔融狀態的硅料澆注至設有形核顆粒的坩堝內。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述形核顆粒為固體硅與氧化硅的復合體。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述形核顆粒的顆粒度為0.1?1mm。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的多晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述形核顆粒的密度為2.5-2.6g/cm3。
8.一種多晶硅錠，其特征在于，所述多晶硅錠是通過如權利要求1至7中任一項所述的方法制得。
【文檔編號】C30B28/06GK104294358SQ201410632434
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】張帥, 朱常任, 郭曉琛, 王雙麗 申請人:江蘇協鑫硅材料科技發展有限公司