一種用于生產(chǎn)多晶硅的高效坩堝的裝料方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著不可再生能源的日益枯竭，太陽(yáng)能電池得到了快速的發(fā)展。由于鑄造多晶硅的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本遠(yuǎn)低于單晶硅，因此多晶硅逐步取代直拉單晶硅在太陽(yáng)能電池材料市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，成為行業(yè)內(nèi)最主要的光伏材料。但相對(duì)于直拉單晶硅而言，鑄造多晶硅中的各種缺陷，如晶界、位錯(cuò)、微缺陷和材料中的雜質(zhì)碳和氧，使多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率低于直拉單晶硅太陽(yáng)能電池，成為了限制多晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)展的瓶頸。多晶硅片內(nèi)在質(zhì)量對(duì)最終的電池轉(zhuǎn)換效率有直接影響，提高多晶硅片的內(nèi)在質(zhì)量是提高電池轉(zhuǎn)換效率的重要手段。多晶硅片的內(nèi)在質(zhì)量取決于其切割成型之前的多晶硅錠的質(zhì)量。因此，提高多晶硅鑄錠技術(shù)，獲得高質(zhì)量的多晶硅錠已成為各大公司的研宄方向。
[0003]控制晶體初始形核的大小和晶粒方向是提高硅錠質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。早期常規(guī)的多晶鑄錠方法中，初始的形核是隨機(jī)的、自由的，并不是優(yōu)化的晶粒和晶向，而且晶粒尺寸不一，局部缺陷密度高，“短板”效應(yīng)將整個(gè)硅片的效率拉低。針對(duì)此缺點(diǎn)，目前行業(yè)里面普遍采用多種方法以實(shí)現(xiàn)初始形核時(shí)形成均勻的小晶粒。雖然行業(yè)里各大公司都有自己的方法以實(shí)現(xiàn)均勻的小晶粒，但思路基本是一致的，主要是使用底部具有粗糙石英砂顆粒的石英坩禍，并在長(zhǎng)晶初級(jí)使用冷沖擊增大形核量，從而得到均勻的具有一定尺寸大小的小晶粒。但目前市場(chǎng)上的高效坩禍均采用石英砂經(jīng)過破碎至一定粒徑后，涂刷在坩禍底部制作高效涂層。這種經(jīng)機(jī)械破碎的石英砂本身就存在形貌不一的缺陷，用其制作高效涂層，比較難實(shí)現(xiàn)均勻一致的形核點(diǎn)，且石英砂的純度也比較難控制，有可能造成硅錠底部紅區(qū)過長(zhǎng)。且用該類坩禍鑄造高效多晶需要在成核階段使用冷沖擊，會(huì)對(duì)坩禍造成沖擊，增大了漏硅的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]因此，需要找到一種方法來解決上述問題。本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法，該裝料方法能有效提高生產(chǎn)多晶硅的坩禍的作用，在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質(zhì)量多晶硅錠。且該裝料方法能一定程度的減短底部紅區(qū)長(zhǎng)度，同時(shí)也能提高鑄錠過程中的硅料融化效率，縮短融化時(shí)間，減少坩禍涂層的腐蝕和縮短鑄錠周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高效坩禍中的石英砂存在形貌不一的缺陷，用其制作高效涂層，比較難實(shí)現(xiàn)均勻一致的形核點(diǎn)，且石英砂的純度也比較難控制，有可能造成硅錠底部紅區(qū)過長(zhǎng)用該類坩禍鑄造高效多晶需要在成核階段使用冷沖擊，會(huì)對(duì)坩禍造成沖擊，增大了漏硅的風(fēng)險(xiǎn)的問題，提供了一種生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0007]一種用于生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法，包括以下步驟:
[0008]步驟A):篩選長(zhǎng)度為3?12_的碎硅料，經(jīng)過酸洗后漂洗至無酸殘留，干燥，得到鋪底料a ;分選厚度在3?5cm，尺寸在156mmX 156mm的硅料，得到鋪底料b ；
[0009]步驟B):在高效坩禍底部均勻撒一層上述鋪底料a，直至不能目視到高效坩禍底部涂層為止，然后將上述鋪底料b鋪在鋪底料a之上，鋪底料b的硅料之間不留縫隙；
[0010]步驟C):將邊皮回收料鋪在高效坩禍四周，然后將晶磚回收料、頭尾回收料或棒料堆放在邊皮回收料內(nèi)側(cè)，將塊料或碎料裝填在所述晶磚回收料、頭尾回收料或棒料形成的空間內(nèi)，依次往上，直至坩禍裝滿。
[0011]在本發(fā)明中，發(fā)明人在現(xiàn)有裝料方法的基礎(chǔ)上，采用在高效坩禍底部設(shè)置鋪底料a和b，并結(jié)合其他工藝參數(shù)，使得在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質(zhì)量多晶硅錠。
[0012]作為優(yōu)選，所述碎硅料為多晶碎片料或單晶碎片料、原生多晶碎硅料。。更優(yōu)選地，所述多晶碎料為原生多晶碎料。更優(yōu)選地，所述碎料為長(zhǎng)度5?1mm的原生多晶碎料。其中，所述原生多晶碎硅料是指西門子法所生產(chǎn)多晶硅料破碎過程中產(chǎn)生的chip料，其在市場(chǎng)上可以獲得，如0C1-600，瓦克SIZEl等。
[0013]本發(fā)明的步驟A)為對(duì)鋪底料的預(yù)處理。其中，作為優(yōu)選，所述酸洗時(shí)的酸體積配比為氫氟酸:硝酸:水為1:12?15:13?16。更優(yōu)選地，所述酸洗時(shí)的酸體積配比為氫氟酸:硝酸:水為1:15:16。
[0014]本發(fā)明所述的尚效i甘禍可以為任意市售的尚效i甘禍，例如江蘇潤(rùn)她太陽(yáng)能材料科技有限公司生產(chǎn)的高效坩禍，華融太陽(yáng)能新型材料有限公司生產(chǎn)的高效坩禍等。其中，高效坩禍底部可以經(jīng)石英砂、碳化硅、硅粉等材料處理。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)明人還使用了不同于現(xiàn)有技術(shù)中的高效坩禍進(jìn)行裝料。該高效坩禍的制造方法為對(duì)用于生產(chǎn)多晶硅的普通坩禍進(jìn)行如下預(yù)處理:
[0016]I)用純水浸濕普通坩禍底部，然后在坩禍底部涂刷一層硅溶膠和純水的混合液體或者坩禍涂層粘結(jié)劑和純水的混合液體，或者三者的混合液，然后在混合液未干之前，在上邊均勻撒上球形S12顆粒，在300?500°C溫度下燒結(jié)I?2h，形成顆粒層；
[0017]2)對(duì)上述得到的底部涂有顆粒層的坩禍的內(nèi)部側(cè)壁和所述顆粒層之上噴涂氮化娃涂層;
[0018]即得到所述高效坩禍。
[0019]其中，所述球形S12顆粒為采用本領(lǐng)域常規(guī)方法合成的球形S12顆粒。該球形S12顆粒具有形貌均勻，純度高，粒徑均一性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
[0020]所述球形S12顆粒的粒徑為20目?70目，優(yōu)選所述球形S1 2顆粒的粒徑為50目?60目。
[0021]所述顆粒層的厚度為I?5mm，優(yōu)選所述厚度為2.5mm。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)石英砂、碳化硅、硅粉等材料處理的高效坩禍相比，使用上述噴涂有球形S12顆粒和氮化硅的坩禍，不需要冷沖擊，就能生產(chǎn)出底部紅區(qū)短，晶粒尺寸小而均勻的高質(zhì)量多晶娃錠。
[0023]在上述預(yù)處理方法的步驟2)中，使用本領(lǐng)域公知的氮化硅涂層噴涂方法即能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。但作為優(yōu)選，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，采用連接有蠕動(dòng)泵的噴槍在高效坩禍的內(nèi)表面噴涂氮化硅漿液，其中，對(duì)所述高效坩禍的側(cè)壁內(nèi)表面的噴涂壓力為20?30psi，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為250?400rpm ;對(duì)所述高效坩禍的底部?jī)?nèi)表面的噴涂壓力為50?60psi，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為100?150rpm。
[0024]該噴涂方法要求側(cè)壁氮化硅粉涂層堅(jiān)硬致密，防止硅錠邊皮孔洞多，硅料回收難打磨，且硅料損耗大。坩禍底部涂層要求具有一定的松軟性，避免涂層堅(jiān)硬導(dǎo)致坩禍底部粗糙度被完全掩蓋。
[0025]上述對(duì)高效坩禍的內(nèi)部側(cè)壁和底部?jī)?nèi)側(cè)的噴涂溫度優(yōu)選為底部和側(cè)壁分開控溫。這樣能夠保證內(nèi)部側(cè)壁氮化硅粉涂層堅(jiān)硬致密，坩禍底部?jī)?nèi)側(cè)涂層要求具有一定的松軟性的噴涂效果。更優(yōu)選地，所述高效坩禍的內(nèi)部側(cè)壁的噴涂溫度為130?150°C，所述高效坩禍的底部?jī)?nèi)側(cè)的噴涂溫度為90?110°C。
[0026]在本發(fā)明中，噴槍的霧形設(shè)定優(yōu)選為對(duì)所述高效坩禍的內(nèi)部側(cè)壁噴涂時(shí)，噴槍的霧形為15?20cm，對(duì)所述高效坩禍的底部?jī)?nèi)側(cè)噴涂時(shí)，噴槍的霧形為8?12cm。
[0027]其中，所述噴槍為本領(lǐng)域常用設(shè)備，如巖田牌W-101噴槍。在本發(fā)明中，對(duì)坩禍內(nèi)部噴涂的次數(shù)優(yōu)選為對(duì)所述高效坩禍的底部?jī)?nèi)側(cè)的噴涂為20?25遍，對(duì)內(nèi)部側(cè)壁的噴涂為18?20遍。隨著噴涂遍數(shù)的增加，氮化硅粉的粘附力逐漸減弱，經(jīng)過研宄本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，按本發(fā)明方案噴涂，噴涂遍數(shù)為18?20可最大程度保證坩禍內(nèi)部側(cè)壁涂層的致密性；坩禍內(nèi)底部?jī)?nèi)側(cè)對(duì)有粗糙度和松軟性的要求，需要一定的氮化硅粉堆積密度，因此需要更多的噴涂遍數(shù)。利用上述方法噴涂后進(jìn)行鑄錠，無需對(duì)鑄錠工藝進(jìn)行特殊調(diào)整，采用原普通多晶的鑄錠工藝即可獲得具有均勻小晶粒結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量多晶硅錠，避免了原工藝調(diào)整時(shí)加入的冷沖擊帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法，該裝料方法能有效提高生產(chǎn)多晶硅的坩禍的作用，在鑄錠過程中，不需用冷沖擊急冷成核，也能夠很容易地得到具有均勻一致小晶粒的高質(zhì)量多晶硅錠。且該裝料方法能一定程度的減短底部紅區(qū)長(zhǎng)度，同時(shí)也能提高鑄錠過程中的硅料融化效率，縮短融化時(shí)間，減少坩禍涂層的腐蝕和縮短鑄錠周期。
【附圖說明】
[0030]圖1為按本發(fā)明裝料方法裝料后的示意圖；
[0031]圖2為按本發(fā)明實(shí)施例3中的方法裝料后制備的多晶硅錠的晶粒形貌圖；
[0032]圖3為按對(duì)比例I的方法裝料后制備的多晶硅錠的晶粒形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)多晶硅的高效坩禍的裝料方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明之內(nèi)。
[0034]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]本實(shí)施例中所使用的高效坩禍為市售G5-480型高效多晶坩禍(885*885*480)，江蘇潤(rùn)弛太陽(yáng)能材料科技有限公司
[0036]實(shí)施例1:
[0037]篩選長(zhǎng)度在3?12_的多晶碎片料，經(jīng)過酸洗后漂洗至無酸殘留，進(jìn)行干燥，得到鋪底料a ;分選厚度在3?5cm，尺寸在156mm*156mm的硅料，得到鋪底料b ；
[0038]在高效坩禍底部均勻撒一層上述鋪底料a，直至不能目視到高效坩禍底部涂層為止，然后將上述鋪底料b鋪在鋪底料a之上并按壓平整，，鋪底料b的硅料之間不留縫隙；
[0039]將邊皮回收料鋪在高效坩禍四周，然后將晶磚回收料、頭尾回收料或棒料堆放在邊皮回收料內(nèi)側(cè)，將塊料或碎料裝填在所述晶磚回收料、頭尾回收料或棒料形成的空間內(nèi)，依次往上，直至坩禍裝滿。
[0040]將裝好料的高效坩禍進(jìn)行鑄錠，得到多晶硅錠。
[0041]對(duì)上述制備的多晶硅錠利用晶錠翻轉(zhuǎn)設(shè)備翻轉(zhuǎn)后噴砂，觀察硅錠底部的晶粒形貌；將該多晶硅錠開方后，對(duì)其鑄錠運(yùn)行工藝文件進(jìn)行分析，并利用WT-2000少子壽命測(cè)試儀，紅外探傷儀，RT-100電阻率測(cè)試儀對(duì)開方后晶磚進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析表征。結(jié)果表明:按該方案生產(chǎn)多晶硅錠底部晶粒晶粒尺寸分布均勻，單個(gè)晶粒的尺寸約2?3_ ;按該方案生產(chǎn)多晶硅錠單錠生產(chǎn)周期可縮短3?5h以上，且所生產(chǎn)的多晶硅錠少子壽命值高，陰影率低，電阻率分布正常。
[0042]實(shí)