一種硅管及硅管太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅棒制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及硅管及利用硅管制備太陽(yáng)電池級(jí)本征多晶硅棒及摻硼的P型多晶硅棒的方法。使用本征導(dǎo)電性硅環(huán)作為籽晶，采用單晶爐及CZ法拉制具有含硼的P型或本征導(dǎo)電性的超純硅管。用含硼的P型硅管作為化學(xué)法還原爐中的熱載體，當(dāng)載體加熱溫度在1050-1100℃左右時(shí)，高純氫及三氯氫硅反應(yīng)生成的硅沉積在熱載體上，制備超純的硅管多晶硅棒。用本征導(dǎo)電性的硅管作為容器，裝入物冶法生產(chǎn)的原料硅，用FZ法對(duì)硅管多次定向凝固，利用分凝效應(yīng)制備致密的、高純度的硅管太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒。采用本發(fā)明制備的太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅棒，為生產(chǎn)太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅創(chuàng)造了條件，進(jìn)而制備高質(zhì)量低成本的太陽(yáng)電池，對(duì)促進(jìn)光伏事業(yè)發(fā)展有重要意義。
【專利說明】—種硅管及硅管太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅棒制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅管制備方法，又涉及在化學(xué)西門子法及物理冶金法方法中利用硅管制備太陽(yáng)電池級(jí)本征多晶硅棒及摻硼的P型多晶硅棒的方法。利用該多晶硅棒為原料，通過直拉法、特別是區(qū)熔法制備廉價(jià)的、高質(zhì)量的太陽(yáng)電池級(jí)P型摻硼單晶硅。
【背景技術(shù)】
[0002]作為可循環(huán)及清潔能源的太陽(yáng)能光伏技術(shù)及產(chǎn)業(yè)在世界雖然得到了飛速發(fā)展，但目前還不能作為主要電能應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，原因是太陽(yáng)電池的制造成本較高且光電轉(zhuǎn)換效率尚不理想。
[0003]眾所周知，太陽(yáng)電池是在多晶硅或者單晶硅上制作的，在整個(gè)工序中太陽(yáng)電池制作的技術(shù)工藝不僅成熟而且成本較低，其中影響太陽(yáng)電池成本及性能的主要因素是用于制造電池的原料多晶硅、單晶硅的生產(chǎn)成本太高，質(zhì)量不能滿足高光電轉(zhuǎn)換效率電池的需要，因此各國(guó)從業(yè)人員都在研制新的多晶硅、單晶硅制備技術(shù)、工藝及設(shè)備，力求降低多晶硅、單晶硅制備的成本及提高質(zhì)量，從而降低太陽(yáng)電池成本并提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明同時(shí)公開一種制備超純硅管的方法；一種化學(xué)西門子法中用含硼的P型硅管制備超純P型多晶硅棒的方法；一種物理冶金法中用本征導(dǎo)電性硅管定向凝固制備致密的、高純度的太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒的方法。
[0005](一)一種制備超純硅管的方法
切克勞斯基法又稱CZ法是當(dāng)今最重要的單晶硅錠的制備方法之一，所制備的硅錠晶體稱直拉硅也稱CZ硅。
[0006]CZ法所依據(jù)的是液相中生長(zhǎng)晶體的理論。硅熔體通過相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程生成及生長(zhǎng)晶體是由切克勞斯基法硅單晶爐又稱CZ爐完成。CZ爐的熱場(chǎng)、機(jī)械、電氣控制、真空、水冷等系統(tǒng)及裝置確保了生成及生長(zhǎng)晶體。
[0007]當(dāng)石英坩堝中的熔硅處于CZ爐設(shè)計(jì)合理的熱場(chǎng)位置時(shí)，在坩堝中的熔硅中心區(qū)域會(huì)形成最佳過冷溫區(qū)。相變驅(qū)動(dòng)力可用溫度的過冷度衡量，CZ法制備硅晶體屬于非均勻成核熱力學(xué)過程，在熔硅中心區(qū)域晶核(通常稱為籽晶)與熔硅結(jié)合點(diǎn)會(huì)形成具有最大過冷度及最大相變驅(qū)動(dòng)力的相變?cè)?，在相變?cè)慈垠w與晶體接觸所謂成核過程中，改變了固液體系的自由能，此時(shí)晶硅自由能小于熔硅自由能，相變自發(fā)的向形成固相晶硅方向進(jìn)行。為了避免出現(xiàn)新的晶體成核中心，過冷區(qū)必須集中于晶核熔區(qū)附近的狹小區(qū)域，而熔硅的其余部分處于過熱狀態(tài)，使其不能自發(fā)產(chǎn)生另外的結(jié)晶核。實(shí)現(xiàn)該條件是由CZ爐中熱場(chǎng)制造的坩堝中熔硅溫度具有合理的縱向、徑向溫度梯度。
[0008]固相晶體的擴(kuò)展生長(zhǎng)則應(yīng)具備動(dòng)力學(xué)條件，單晶爐提拉裝置將生長(zhǎng)著的晶體提升長(zhǎng)大，相變過程釋放的潛熱因此由晶體帶走。隨著晶體生長(zhǎng)不斷帶走潛熱，加熱器須不斷加溫以保證自由能平衡。只要單晶爐的自動(dòng)控溫及提拉系統(tǒng)能保障系統(tǒng)動(dòng)態(tài)相變自由能差值可控，就能生長(zhǎng)預(yù)定形狀的晶體。根據(jù)晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)理論，CZ法晶體硅管的等徑生長(zhǎng)過程可視為在坩堝中部熔硅過冷區(qū)固液交接面存在一個(gè)根據(jù)用戶需要的尺寸而設(shè)計(jì)制作的環(huán)型硅環(huán)籽晶，此時(shí)只要系統(tǒng)自由能差值為一常數(shù)，則晶體沿硅環(huán)籽晶延伸生長(zhǎng)過程理所當(dāng)然是穩(wěn)定不變的。其結(jié)果則體現(xiàn)為從熔硅中生長(zhǎng)出與硅環(huán)籽晶相等內(nèi)外直徑的晶體硅管。
[0009]目前制備CZ單晶硅錠的設(shè)備、制備技術(shù)和工藝已經(jīng)非常成熟。由于硅管的生長(zhǎng)機(jī)理與硅錠熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)過程完全相同，特別是硅錠和硅管均為圓柱形，晶體生長(zhǎng)等徑控制裝置和技術(shù)也相同，因此采用CZ爐完全適用于拉制晶體硅管。
[0010]本發(fā)明的一種硅管的制備方法，其特征在于:使用本征導(dǎo)電性硅環(huán)作為籽晶，采用直拉硅單晶爐及切克勞斯基法拉制長(zhǎng)度大于I米的等徑的具有含硼的P型或者本征導(dǎo)電性的硅管。
[0011](二)一種化學(xué)西門子法中用含硼的P型硅管制備超純P型多晶硅棒的方法
化學(xué)西門子法或改良的化學(xué)西門子法(以下簡(jiǎn)稱化學(xué)法)是當(dāng)今制備多晶硅的主要方法，產(chǎn)量占整個(gè)多晶硅市場(chǎng)的80%以上。該化學(xué)法工藝成熟，可以生產(chǎn)純度99.99999%以上的高質(zhì)量多晶硅。該化學(xué)法是在高純氣態(tài)三氯氫硅及高純氫氣進(jìn)入還原爐內(nèi)后進(jìn)行硅的還原反應(yīng)，還原的硅沉積在1050-1100°C的高溫細(xì)棒狀的所謂硅芯熱載體上而生成多晶硅。
[0012]本發(fā)明的一種娃管多晶娃棒的制備方法,其特征在于:用含硼的P型娃管作為化學(xué)西門子法還原爐中的熱載體，當(dāng)載體加熱溫度在1050-1100°C時(shí)，還原爐內(nèi)高純氫及三氯氫硅反應(yīng)生成的硅沉積在熱載體上，制備純度99.99999%以上的硅管多晶硅棒。
[0013]采用直拉硅單晶爐及切克勞斯基法拉制的等徑的具有含硼的P型導(dǎo)電性的超純硅管代替硅芯作為化學(xué)法還原爐中的熱載體，當(dāng)熱載體加熱溫度在1050-1100°C左右時(shí)，還原爐內(nèi)高純氫及三氯氫硅反應(yīng)生成的硅沉積在熱載體上，制備除硼外純度99.99999%以上的P型導(dǎo)電性的多晶硅棒。
[0014]化學(xué)法除了制備預(yù)摻雜硅管生產(chǎn)摻雜多晶硅外，也可制備不摻雜的本征硅管，由用戶自己在后續(xù)制備工藝中摻雜。
[0015]另外，化學(xué)法用不摻雜硅管代替鉭管制備，內(nèi)徑一般為10_20mm的帶孔的高純本征多晶硅棒，這種帶孔的本征多晶硅中心孔可以裝摻雜母合金條(棒)，用于FZ硅制備時(shí)固相摻雜或固相氣相聯(lián)合法摻雜工藝中。拉制不同型號(hào)和品種的電子級(jí)高質(zhì)量的FZ單晶硅。
[0016](三)一種物理冶金法中用本征導(dǎo)電性硅管定向凝固制備致密的、高純度的太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒的方法
由于太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅對(duì)純度要求相對(duì)比較低，為了進(jìn)一步降低成本，多年來國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)及研究院所紛紛開展物理冶金法(以下簡(jiǎn)稱物冶法)制備太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅的工作。以期待能代替化學(xué)法成為太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅的主要方法。 [0017]目前國(guó)內(nèi)外采用物冶法提純硅的方法非常多，硅純度一般在99.9995%以下，而且質(zhì)量不太穩(wěn)定，只要再穩(wěn)定的提高一個(gè)量級(jí)，則物冶法多晶硅即可大量用于太陽(yáng)電池生產(chǎn)，遺憾的是突破一個(gè)量級(jí)的純度相當(dāng)困難。但是研制物冶法生產(chǎn)低成本的高質(zhì)量多晶硅是未來發(fā)展的方向，因?yàn)榛瘜W(xué)法大幅度降低成本的空間已經(jīng)幾乎沒有可能。
[0018]物冶法提純硅的多種方法無論濕法或干法的后道工序中多采用了定向凝固雜質(zhì)分凝技術(shù)，硅中的主要預(yù)除去的雜質(zhì)的分凝系數(shù)幾乎全部小于1，即在硅由液相向固相轉(zhuǎn)換時(shí)雜質(zhì)向固相累積，分凝系數(shù)越小，向固相移動(dòng)趨勢(shì)越大。硅提純的定向凝固分凝工藝就是利用雜質(zhì)的分凝效應(yīng)，對(duì)硅進(jìn)行定向凝固后將雜質(zhì)趕到硅錠末瑞后切除。
[0019]懸浮區(qū)域煉熔法(以下簡(jiǎn)稱FZ法)所制備的單晶稱區(qū)熔單晶硅或FZ硅，該FZ法除了在單晶爐內(nèi)加熱線圈外，沒有昂貴的制熱及保溫系統(tǒng)，硅不與任何物體接觸，惰氣氬可視為無物體存在。無氧單晶硅只能采用FZ法制備。FZ法是物冶法制備多晶硅定向凝固中最廉價(jià)最有效的除雜方法，采用FZ法可以輕而易舉地將除硼、磷、砷以外的雜質(zhì)除凈。磷、砷含量經(jīng)多次分凝后也可除凈。但是FZ法的前提是多晶硅必須是棒狀，如果將各種物冶法已經(jīng)預(yù)提純的99.99%至99.9995%的很寬純度范圍的硅料裝入高純本征硅管中，即可對(duì)硅管及硅管中的多晶硅進(jìn)行懸浮區(qū)域熔煉。完全可以得到滿足太陽(yáng)電池級(jí)純度為99.9999%以上的高純的結(jié)構(gòu)致密的多晶硅棒。
[0020]本發(fā)明的一種硅管太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒的制備方法，其特征在于:用本征導(dǎo)電性的硅管作為容器，裝入純度大于99.99%的物理冶金法生產(chǎn)的原料硅，采用區(qū)熔單晶硅爐，用懸浮區(qū)域煉熔法對(duì)硅管多次定向凝固，利用分凝效應(yīng)制備純度大于99.9999%的硅管太陽(yáng)能電池級(jí)多晶娃棒。
[0021]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:相同直徑硅管的材料成本比硅錠少數(shù)倍，同時(shí)由于硅管可快速拉制，生產(chǎn)效率要遠(yuǎn)高于硅錠，因此硅管成本理所當(dāng)然的大大低于硅錠。完全具備用于制造太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅、單晶硅的條件。采用本發(fā)明制備的高質(zhì)量低成本太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅，為生產(chǎn)高質(zhì)量低成本太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅創(chuàng)造了條件，可能成為太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅的主流方法之一，進(jìn)而制備高質(zhì)量低成本的太陽(yáng)電池，對(duì)促進(jìn)光伏事業(yè)發(fā)展有重要意義。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
I)關(guān)于娃管制備:
由于硅管與硅錠的形態(tài)各異，因此二者熱場(chǎng)、拉晶參數(shù)及工藝有所不同。硅錠和硅管的晶體生長(zhǎng)共同點(diǎn)是在熔硅表面中心產(chǎn)生過冷區(qū)，坩堝的硅熔體縱向、徑向溫度梯度變化不大，微調(diào)即可。變化最大的是拉晶速度，因?yàn)槔葡嗤睆降墓韫芘c硅錠相比，硅管拉制時(shí)的晶體熱容量比硅錠小數(shù)倍，潛熱的散熱效率很高，所以硅管可以高速拉制。拉晶速度根據(jù)用戶對(duì)硅管的內(nèi)外直徑、厚度及長(zhǎng)度要求進(jìn)行設(shè)定。硅管制備中的摻雜技術(shù)與制備硅錠相同，硅管制備中也需要晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)的逆向旋轉(zhuǎn)，逆向旋轉(zhuǎn)可以提高雜質(zhì)在硅中的均勻分布，同時(shí)提聞了晶體生長(zhǎng)的熱穩(wěn)定性。
[0023]只要按照上述晶體生成及生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行熱場(chǎng)設(shè)計(jì)、熟練掌握CZ單晶爐性能及操作，采用業(yè)內(nèi)公知的光環(huán)傳感裝置，通過計(jì)算機(jī)對(duì)晶體加熱溫度及晶體生長(zhǎng)機(jī)械等設(shè)備自動(dòng)聯(lián)調(diào)，使晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)自由能差值穩(wěn)定不變，則硅管制備的具體拉制工藝參數(shù)即可確定。
[0024]硅管除等徑生長(zhǎng)工藝外，不需要籽晶引晶縮頸、放肩、收肩等工藝過程。只需要將生產(chǎn)者根據(jù)用戶需求的硅管尺寸確定的直徑、管厚度及長(zhǎng)度的硅環(huán)固定在CZ爐晶體提拉軸上即可，硅環(huán)與晶體提拉上軸的連接固定方法很多，用戶可自行設(shè)計(jì)。
[0025]實(shí)施例:本發(fā)明的硅管制備方法包括如下步驟:
步驟一:將純度為99.99999%以上的原料娃及石英坩堝先后用氫氟酸、硝酸、水混劑及去離子水清洗潔凈處理并烘干；
步驟二:裝爐時(shí)將潔凈處理后的原料硅及含雜質(zhì)硼的母合金共同裝入石英坩堝內(nèi)，而生產(chǎn)本征導(dǎo)電性的超純硅管時(shí)則不加入雜質(zhì)硼的母合金，然后將坩堝裝在坩堝軸(也稱下軸)上，同時(shí)將晶體硅環(huán)籽晶安裝在上提拉軸上；
步驟三:封爐；
步驟四:爐室抽真空,并打開爐體水冷系統(tǒng)；
步驟五:轉(zhuǎn)動(dòng)石英坩堝并開始加熱化料；
步驟六:當(dāng)單晶爐主爐室內(nèi)的石英坩堝中的硅料即將全部熔化時(shí)，打開爐室上部氬氣入口及下部氬氣出口，并聯(lián)接爐出口抽氬系統(tǒng)，邊送邊抽氬氣，使?fàn)t室在負(fù)壓情況下氬氣由上至下的流動(dòng)，氬氣純度不低于99.999%，流量30-60升/分；由于硅管的熱潛能易于散發(fā)，流氬工藝除晶體冷卻外將揮發(fā)物帶走，因此可減少氬量以提高氣體流速。考慮到有可能在硅管內(nèi)產(chǎn)生氬氣渦流，不排除采用真空拉晶工藝；
步驟七:當(dāng)硅料全部熔化后，調(diào)整熔硅上液面位置處于熱場(chǎng)中最合理成晶過冷溫區(qū)；步驟八:下降并與下軸旋轉(zhuǎn)反向轉(zhuǎn)動(dòng)提拉軸，并使提拉軸上的硅環(huán)籽晶與熔硅接近時(shí)烘烤預(yù)熱片刻，隨后熔硅與硅環(huán)籽晶接觸融熔，隨后引晶；
步驟九:光環(huán)控徑法控制硅管等徑生長(zhǎng)；
步驟十:當(dāng)硅管生長(zhǎng)至所需長(zhǎng)度后，升溫、降拉速、收尾，最后將硅管從熔硅中提出；
步驟十一:停氣、停電、關(guān)機(jī)，數(shù)小時(shí)后停水停爐。
[0026]由于相同直徑硅管質(zhì)量遠(yuǎn)小于硅錠，同樣重量的熔硅可拉制很長(zhǎng)的硅管，為了不增加單晶爐的高度，通常同一坩堝硅料可連續(xù)拉制多根硅管。成品硅管的取出及更換硅環(huán)籽晶的方法可按單晶爐運(yùn)行中更換籽晶的操作規(guī)程進(jìn)行。成品硅管通過切割或激光等多種焊接技術(shù)制備不同長(zhǎng)度的產(chǎn)品。
[0027]2)關(guān)于化學(xué)法中用含硼的P型硅管制備超純P型多晶硅棒的方法
目前，熱載體通常用直徑5-10_、長(zhǎng)l-2m的純硅蕊制作，由于硅蕊純度很高，電阻率高達(dá)上千歐姆厘米，而且截面小，電阻很大。因此產(chǎn)生加熱硅蕊的初始擊穿電流拐點(diǎn)十分困難，需要復(fù)雜的電子控制設(shè)備和工藝，同時(shí)由于硅蕊很細(xì)，硅在熱載體上的初期沉積速率很慢，當(dāng)多晶硅不斷沉積在載體上，此時(shí)沉積的硅也成為熱載體，載體不斷變粗，其表面積不斷增加時(shí)，硅的沉積速度才會(huì)加速增加，因此多晶硅的生產(chǎn)效率主要體現(xiàn)在沉積的中后期。
[0028]本發(fā)明將用含硼的P型的硅管代替硅芯作為熱載體，硅管直徑的選擇應(yīng)以FZ法生長(zhǎng)單晶硅時(shí)所需要的多晶硅直徑的規(guī)格要求而定，不盡相同。硅管與加熱元件連接可以焊接或機(jī)械連接方法解決。
[0029]在還原爐內(nèi)用已經(jīng)摻雜的高純硅管作為熱載體制備摻雜多晶硅棒時(shí)，摻雜硅管的電阻率通常在IX 10—1歐姆厘米以下，由于電阻值的大幅下降，熱載體初始擊穿電流拐點(diǎn)的難題很容易得到解決，同時(shí)由于硅管壁具有很大的表面積，大大增加三氯氫硅及高純氫氣反應(yīng)幾率，多晶硅在硅管熱載體上的沉積速率大大提高，由于單位時(shí)間生產(chǎn)效率的增加，而大大降低了成本。
[0030]化學(xué)法硅管摻雜特別適用于制備含硼的P型的多晶硅，由于硼的分凝系數(shù)為近
0.9，在FZ法制備中雜質(zhì)分布均勻且穩(wěn)定。眾所周知，化學(xué)法中沉積的多晶硅的硼含量一般在Ippb以下，足以按無硼進(jìn)行摻雜計(jì)算，至于硅管含雜量與生成的多晶硅總雜質(zhì)含量的公知的計(jì)算方法，不再論述。
[0031]目前太陽(yáng)電池基本上是以硼為載流子的P型導(dǎo)電性的單晶硅為原料制作的，其電阻率在0.5-3歐姆厘米范圍，是相當(dāng)寬的。摻雜命中率應(yīng)無問題。化學(xué)法摻雜硅管為以棒狀硅為先決條件，又為難以重?fù)诫s的FZ法制備太陽(yáng)電池級(jí)區(qū)熔FZ單晶硅創(chuàng)造了條件。該方法對(duì)于導(dǎo)電型號(hào)和電阻率基本定型的太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅的制備有特別重要的意義。
[0032]3)關(guān)于物冶法中用本征導(dǎo)電性硅管定向凝固制備致密的、高純度的太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒的方法
目前，物冶法大多是將熔硅裝在某些容器(如石英)內(nèi)采用水平區(qū)熔法、CZ法或鑄造法進(jìn)行定向凝固的。該工藝由于高溫熔硅與容器的反應(yīng)，不可避免的造成污染。這也是目前物冶法制備多晶硅最難解決的課題之一。二氧化硅石英容器是硅中很難除去的硼元素的重要污染源，同時(shí)石英中的氧不可避免的大量進(jìn)入硅中，摻硼硅中間隙氧的存在造成了太陽(yáng)電池產(chǎn)生光致衰減效應(yīng)，使電池光電轉(zhuǎn)換效能下降10-20%。再加上加熱環(huán)境的碳等污染物也大量進(jìn)入硅中，嚴(yán)重影響了多晶硅的純度和質(zhì)量。
[0033]本發(fā)明用高純本征硅管代替非高純硅的其它材質(zhì)如石英等容器裝填純度大于99.99%的物冶法多晶硅原料，采用區(qū)熔單晶硅爐，用FZ法對(duì)硅管及多晶硅原料多次定向凝固提純，制備致密的純度大于99.9999%多晶硅棒。
[0034]將純硅原料放在硅管中進(jìn)行FZ法提純時(shí)，由于原料純度比較低，硅管中硅料疏松，工藝穩(wěn)定性很差，雜質(zhì)分凝及蒸發(fā)效應(yīng)較重，為了將雜質(zhì)揮發(fā)物迅速由流動(dòng)的氬氣帶走，可采用直拉法負(fù)壓氬氣大流量頂吹技術(shù)，主爐室抽氣口應(yīng)按直拉單晶爐口設(shè)計(jì)并且配備相應(yīng)的擴(kuò)散泵、機(jī)械真空泵等強(qiáng)抽氣系統(tǒng)。籽晶除純度外無結(jié)構(gòu)及晶向要求，因?yàn)樵摲椒ú⒉蛔非笾苽鋯尉Ч?，主要目的是提純多晶硅制備純的太?yáng)電池級(jí)結(jié)構(gòu)致密的多晶棒料。
[0035]定向凝固提純俗稱掃料可多次進(jìn)行，直到純度合格為止。
[0036]物冶法中用本征導(dǎo) 電性硅管定向凝固制備致密的、高純度的太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒的方法包括如下步驟:
步驟一:將純度為99.99%以上的用物冶法制備的原料硅破碎至粒度小于IOmm ;先后用氫氟酸、硝酸、水混劑及去離子水將硅粒清洗潔凈處理并烘干；
步驟二:硅管下部焊接硅錐狀封頭封口，先后用氫氟酸、硝酸、水混劑及去離子水將硅管清洗潔凈處理并烘干；
步驟三:將步驟一中的原料硅裝入步驟二的硅管中；
步驟四:將裝有原料硅的硅管安裝在區(qū)熔硅單晶爐內(nèi)固定位置；
步驟五:封爐；
步驟六:爐室抽真空，并打開爐體水冷系統(tǒng)；
步驟七:充入氬氣，打開爐室上部氬氣入口及下部氬氣出口，并聯(lián)接爐出口抽氬系統(tǒng)，邊送邊抽氬氣，使?fàn)t室在負(fù)壓情況下氬氣由上至下的快速流動(dòng)，氬氣純度不低于99.999%，流量50-60升/分；
步驟八:硅管預(yù)熱；
步驟九:引晶；
步驟十:放肩；
步驟十一:等徑生長(zhǎng)；步驟十二:收尾；
步驟十三:拉斷后，停氣、停水、停爐。
[0037]目前，物冶法制備多晶硅的成本比化學(xué)法低1/3，未來的目標(biāo)低1/2以上，當(dāng)今不能大規(guī)模應(yīng)用的主要原因是物冶法制備多晶硅純度不能滿足需要，如果采用硅管物冶法制備多晶硅，純度達(dá)到99.9999%以上，而硅管制備的成本幾乎與現(xiàn)用的石英、高溫材料等熔硅容器相當(dāng)，可見物冶法制備多晶硅對(duì)于提高多晶硅質(zhì)量及降低成本的巨大意義。
[0038]化學(xué)法用含硼的P型硅管制備的超純P型多晶硅棒具備了 FZ法制備單晶硅對(duì)多晶硅原料預(yù)摻雜、棒狀及純度的要求，可直接采用一級(jí)FZ法拉制廉價(jià)的無氧、高壽命、高質(zhì)量及廉價(jià)太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅。而物理冶金法用硅管定向凝固制備的太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅棒可采用氣相摻雜技術(shù)一級(jí)FZ法拉制無氧、高壽命及更為廉價(jià)的高質(zhì)量的太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅。
[0039]對(duì)于單晶硅制備，F(xiàn)Z法拉晶成本比C Z法低70%以上，在FZ法制備過程中除電耗以外，幾乎沒有多少消耗。硅管法可實(shí)現(xiàn)一級(jí)FZ法制備太陽(yáng)電池級(jí)單晶硅，從而大大降低了成本。同時(shí)所制備的高質(zhì)量單晶硅更是CZ法單晶硅所不及。所以高質(zhì)量單晶硅對(duì)提高太陽(yáng)電池質(zhì)量的后續(xù)效益無 法估量。
[0040]廉價(jià)的硅管無論應(yīng)用于化學(xué)法作為熱載體還是物冶法作為熔硅容器，所占成本比例都不大，而硅管法所帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益非常高，因此硅管在太陽(yáng)電池級(jí)多晶硅及單晶硅的制備中將大大促進(jìn)光伏行業(yè)的發(fā)展。
【權(quán)利要求】
1.一種硅管的制備方法，其特征在于:使用本征導(dǎo)電性硅環(huán)作為籽晶，采用直拉硅單晶爐及切克勞斯基法拉制長(zhǎng)度大于I米的等徑的具有含硼的P型或者本征導(dǎo)電性的硅管。
2.—種娃管多晶娃棒的制備方法,其特征在于:用含硼的P型娃管作為化學(xué)西門子法還原爐中的熱載體，當(dāng)載體加熱溫度在1050-1100°C時(shí)，還原爐內(nèi)高純氫及三氯氫硅反應(yīng)生成的硅沉積在熱載體上，制備純度99.99999%以上的硅管多晶硅棒。
3.—種娃管太陽(yáng)能電池級(jí)多晶娃棒的制備方法,其特征在于:用本征導(dǎo)電性的娃管作為容器，裝入純度大于99.99%的物理冶金法生產(chǎn)的原料硅，采用區(qū)熔單晶硅爐，用懸浮區(qū)域煉熔法對(duì)硅管多次定向凝固，利用分凝效應(yīng)制備純度大于99.9999%的硅管太陽(yáng)能電池級(jí)多晶娃棒 。
【文檔編號(hào)】C30B28/08GK103882519SQ201410135268
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】張憶延, 張昕雨 申請(qǐng)人:天津環(huán)煜電子材料科技有限公司