專利名稱：一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法和裝置。
背景技術(shù)：
2005年以前，全世界每年消耗2萬噸左右半導(dǎo)體級(jí)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(gè)比例發(fā)生了變化，太陽能 電池的使用量大大增加，半導(dǎo)體多晶硅的增長(zhǎng)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(zhǎng)5%。據(jù)專家預(yù)測(cè)， 2009年世界多晶硅的年需求量將達(dá)到6. 5萬噸，太陽能電池多晶硅將超過半導(dǎo)體級(jí)多晶 硅需求量。
1975年，Wacker公司首創(chuàng)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(gè)石英坩堝內(nèi)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(gè)坩堝內(nèi)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(zhì)量較好。用定向凝固法制多品硅的原理是， 嚴(yán)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(zhǎng)出取向較好的柱狀多晶 硅，其電學(xué)性能均勻。與單晶硅不lkl，鑄造出的多晶硅呈長(zhǎng)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(jīng)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(chǎng) 的競(jìng)爭(zhēng)促使鑄造多晶硅材料的生長(zhǎng)工藝需要不斷地革新。低成本和高效率是太陽能電池工 業(yè)得以長(zhǎng)時(shí)間可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)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(xué)活性的雜質(zhì)濃度較低。所以，鑄造多晶硅材料的發(fā)展趨勢(shì)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(jí)多晶硅時(shí)始終面臨著多晶硅鑄錠冷卻過程中開裂的 問題，因?yàn)榕c大多數(shù)金屬在凝固時(shí)體積發(fā)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(yè)剩下的頭尾料，所以其體內(nèi)的雜質(zhì)含量很髙。其次，鑄造過程中產(chǎn)生大量的應(yīng)力，可能導(dǎo)致大量位錯(cuò)產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法和裝置。 本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下
一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于將多晶硅鑄錠從爐內(nèi)取出后，立即放 置于一個(gè)與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內(nèi)，自然放置3天 30天后取出；取出后立即
去除邊皮，并破成標(biāo)準(zhǔn)方錠保存。
所述的標(biāo)準(zhǔn)方錠為156mmX156ramX260mra,當(dāng)然，根據(jù)切片需要，也可以是其它形狀 的長(zhǎng)方體。
前述的多晶硅鑄錠出爐時(shí)的溫度為200 300X:。 更佳的，前i&的自然放置時(shí)間為10 20天。
一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)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(shè)置在手車上，其由普通鍍鋅鋼管制成，內(nèi)側(cè)有一石墨碳?xì)謱?；所述的保溫罩形?為與多晶硅鑄錠形狀相配合的六面體結(jié)構(gòu)，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(cè)邊緣的用于推動(dòng)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?xì)謱雍穸葹?0mm 100咖。
本發(fā)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(zhǎng)，晶體缺陷易集中于晶界處。整個(gè)多晶硅鑄錠在定向凝固過程中，微量雜質(zhì)由底 部向頂部移動(dòng)，故頂部雜質(zhì)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(nèi)部熱應(yīng)力迅速向四周及頂部擴(kuò)散，在晶界及雜質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散不
均勻。且多晶硅的性質(zhì)為熱縮冷漲。四周及底部溫度低，晶體出現(xiàn)膨脹力，內(nèi)部溫度高， 出現(xiàn)收縮力，故應(yīng)力易于集中于晶體內(nèi)部，此時(shí)切片會(huì)導(dǎo)致碎片率提髙。隨著鑄錠放置的 時(shí)間增長(zhǎng)，內(nèi)部應(yīng)力再緩慢向四周擴(kuò)散，若擴(kuò)散不均勻直接導(dǎo)致晶體開裂或切片率增加， 若均勻擴(kuò)散，擴(kuò)散至頂部時(shí)，遇到大量密集的雜質(zhì)，尤其在鑄錠的頂部雜質(zhì)聚集較多，會(huì)直接導(dǎo)致頂部開裂。由于鑄錠中多晶硅呈柱狀生長(zhǎng)，不及時(shí)處理頂部開裂，裂紋會(huì)由頂部 延伸至底部，造成巨大損失。
圖l說明將鑄錠剛剛?cè)〕龇胖糜诳諝庵袝r(shí)，四周溫度低，應(yīng)力為膨脹力；中心溫度 高，應(yīng)力為收縮力，故應(yīng)力集中于中心部位，易導(dǎo)致鑄錠開裂或切片時(shí)碎片率高。
圖2說明長(zhǎng)久放置，溫度基本都冷卻至室溫時(shí)，應(yīng)力由中心向四周擴(kuò)散，遇到雜質(zhì) 點(diǎn)及不規(guī)則晶界(例如孿晶及孿晶帶)，仍會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，且不易消除。
采用本發(fā)明方法后，在多晶硅鑄錠取出時(shí)即放入保溫罩內(nèi)保溫3 30天以上，使其均 勻冷卻，則多晶硅鑄錠幾乎不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)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(zhì)較為集中的邊皮去掉，則減少了雜質(zhì)導(dǎo)致的應(yīng)力集中，避免雜質(zhì)存在時(shí)導(dǎo)致 的頂部開裂，這使處理后的多晶硅鑄錠可長(zhǎng)時(shí)間放置而不影響性能。另外，將鑄錠破成標(biāo) 準(zhǔn)方錠，有利于進(jìn)一步消除可能存在的殘余應(yīng)力，以便長(zhǎng)久放置。此外，本發(fā)明的裝置結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，鑄錠容易轉(zhuǎn)移到合適位置保溫冷卻，而不必等到完全冷卻后再出爐， 節(jié)省每爐的生產(chǎn)時(shí)間。


圖1為鑄錠剛?cè)〕龇胖糜诳諝庵袝r(shí)的應(yīng)力示意圖，其中箭頭為應(yīng)力方向；
圖2為鑄錠長(zhǎng)久放置后的應(yīng)力示意圖，其中箭頭為應(yīng)力方向；
圖3為本發(fā)明一種減少多晶硅鑄錠ik力裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力裝置的主視圖5為本發(fā)明一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力裝置的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D3至圖5， 一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(gè)滾輪23，后側(cè)邊緣裝有手柄21，用于推動(dòng)整個(gè)裝置。
使用時(shí)，先在推車上擺好下板，當(dāng)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(dòng)小車2將整個(gè)裝置從爐室旁邊移開，即可進(jìn)行下一爐的單晶棒生產(chǎn)。而保溫裝置內(nèi)的多 晶硅鑄錠冷卻至室溫取出，立即去除帶雜質(zhì)部分的上皮，并破成標(biāo)準(zhǔn)方塊保存。
同等材料下
實(shí)施例l、未采用本發(fā)明的方法，275kg鑄錠，在空氣中放置8個(gè)月后，頂部開裂； 為避免切片損失，放棄切片。
實(shí)施例2、未采用本發(fā)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(xù)電池片生產(chǎn)，應(yīng)力片易損易碎，又損失520片，最后合格為電池片7480片。
實(shí)施例3、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，出爐時(shí)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(xù)電池片生產(chǎn)，又損失180片，最后 合格為電池片8820片。
實(shí)施例4、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，出爐時(shí)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(xù)電池片生產(chǎn)，又損失100片，最后 合格為電池片9100片。
實(shí)施例5、采用本發(fā)明方法，2&kg鑄錠，出爐時(shí)立即放入保溫裝置中，保溫l個(gè)月 后取出，切除邊皮后立即切片，出合格片9100片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失約150片， 最后合格為電池片8950片。
實(shí)施例6、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，出爐時(shí)立即放入保溫裝置中，保溫l個(gè)月 后取出，切除邊皮，破成標(biāo)準(zhǔn)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(xù)電池片生產(chǎn)，又損失約180片，最后合格為電池片8870片。
實(shí)施例7、采用本發(fā)明方法，275kg鑄錠，出爐時(shí)立即放入保溫裝置中，保溫15天后 取出，切除邊皮，破成標(biāo)準(zhǔn)方錠(156mmX156mmX260mm),空氣中放置8個(gè)月后再切片， 出合格片8800片，后續(xù)電池片生產(chǎn)，又損失260片，最后合格為電池片8540片。
上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求
1、一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于將多晶硅鑄錠從爐內(nèi)取出后，立即放置于一個(gè)與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內(nèi)，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除邊皮，并破成標(biāo)準(zhǔn)方錠保存。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于所述的多晶硅鑄 錠出爐時(shí)的溫度為200'C 300'C。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于所述的自然放置 時(shí)間為10天 20天。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的方法，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)方錠 體積為156mmX156咖X260mm。
5、 一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)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(shè)置在手車上，其由普通鍍鋅鋼管制成，內(nèi)側(cè)有一石墨碳?xì)謱?；所述的保溫?形狀為與多晶硅鑄錠形狀相配合的六面體結(jié)構(gòu)，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(cè)邊緣的用于推動(dòng)的手柄部，以及位 于平板底部的滾輪。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)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(quán)利要求5所述的一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)力的保溫裝置，其特征在于所述的石墨 碳?xì)謱雍穸葹?0mm 100mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少多晶硅鑄錠應(yīng)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(gè)與多晶硅錠形狀匹配的保溫裝置內(nèi)，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除邊皮，并破成標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)。使用本發(fā)明的方法和裝置，使多晶硅鑄錠均勻冷卻，則其幾乎不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；冷卻后取出多晶硅錠，并立即將雜質(zhì)較為集中的邊皮去掉，則減少了雜質(zhì)導(dǎo)致的應(yīng)力集中，避免雜質(zhì)存在時(shí)導(dǎo)致的頂部開裂。
文檔編號(hào)C30B33/00GK101660209SQ20091011212
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者毅 南, 張偉娜, 禹 林, 健 汪, 香 程, 趙志躍, 鄭智雄 申請(qǐng)人:南安市三晶陽光電力有限公司