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一种降低多晶硅铸锭氧含量方法
申请号	CN201710657888.X	申请日	2017-08-03	公开(公告)号	CN107338474A	公开(公告)日	2017-11-10
申请人	晶科能源有限公司; 浙江晶科能源有限公司;			发明人	杨津玫; 毛亮亮;
摘要	本发明涉及一种降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，包括如下步骤：对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料；将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态；向所述铸锭炉中以预设气流速度通入氩气并将所述铸锭炉内的气压降低至第一气压后开始进行长晶作业；待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程；待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭。本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，可以制备得到氧含量更低的多晶铸锭，满足了实际应用需求。
权利要求	1.一种降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，包括如下步骤：对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料；将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态；向所述铸锭炉中以预设气流速度通入氩气并将所述铸锭炉内的气压降低至第一气压后开始进行长晶作业；待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程；待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭。 2.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述预设气流速度为35.0～35.5slpm。 3.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述第一气压为 300-400mbar。 4.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述坩埚为一石英坩埚，所述对一坩埚进行喷涂处理的步骤包括：配置用于喷涂所述坩埚的涂层喷涂液；将所述涂层喷涂液均匀地涂覆于所述坩埚的内表面上；将喷涂完成的所述坩埚在一烘干设备中进行烘干处理。 5.根据权利要求4所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述涂层喷涂液包括氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水，对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 6.根据权利要求5所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述氮化硅粉的粒径为1.1～2.0um，所述硅溶胶的粘度为5.0～7.0mPa.S，所述硅溶胶的pH值为8.5～9.8。 7.根据权利要求5所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述高纯水的pH值为6.8～7.0，电导率为0.1～0.6us/cm。 8.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，所述原生多晶硅的质量分数为57％～65％，所述头尾料的质量分数为13％～15％，所述单多晶边皮的质量分数为 11％～14％，所述碎硅片的质量分数为5％～6％，所述循环硅块的质量分数为3％～5％，所述母合金的质量分数为0.01％～0.05％。 9.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态的步骤包括：对所述铸锭炉进行抽真空1～1.5h；对所述混合硅料进行加热3～4h直至所述混合硅料的温度到达熔融温度，其中所述熔融温度为1530～1550℃。 10.根据权利要求1所述的降低多晶硅铸锭氧含量方法，其特征在于，所述待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭的步骤包括：待长晶完成之后在1360～750℃的温度范围内退火9～9.5h；退火完成之后在750～370℃的温度范围内自然冷却8.5～9h以得到所述多晶硅铸锭。
说明书全文	一种降低多晶硅铸锭氧含量方法技术领域 [0001] 本发明涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种降低多晶硅铸锭氧含量方法。背景技术 [0002] 近来来，光伏发电作为一种新型的能源转换手段，由于其可再生、清洁等优点而逐渐成为主流的能源开发技术，越来越受到科研工作者的高度重视，在未来的能源领域中具有极大的发展潜力。 [0003] 目前制约光伏行业发展的关键因素包括两个方面：其一为光电转化效率低，其二为太阳能电池的制作成本偏高。众所周知的，光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上，否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近年来，多晶硅片的生产技术有了非常显著的进步，具体的，多晶铸锭技术已从G4(每个硅锭重约270公斤，可切4×4＝16个硅方)进步到G5(5×5＝25个硅方)，直至到G6(6×6＝36个硅方)。与此同时，生产所得到的多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率也得到了一定的增加，且多晶硅铸锭的制造成本也在逐步降低。 [0004] 然而，在多晶铸锭的实际制造过程中，由于硅液与石英坩埚反应产生的含氧产物难以及时排出，容易溶解或沉积于多晶硅锭中，导致铸锭过程中的氧含量升高进而导致太阳能电池发生光致衰减的问题，降低了太阳能电池的效率。发明内容 [0005] 基于此，本发明的目的在于提出一种在实际应用中能够有效降低多晶铸锭中氧含量的制备方法，以提高产品的质量，满足实际应用需求。 [0006] 本发明提出一种降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，包括如下步骤： [0007] 对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料； [0008] 将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态； [0009] 向所述铸锭炉中以预设气流速度通入氩气并将所述铸锭炉内的气压降低至第一气压后开始进行长晶作业； [0010] 待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程； [0011] 待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭。 [0012] 本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，当坩埚中的混合硅料处于熔融状态后期，向铸锭炉中以预设气流速度通入氩气并将铸锭炉中的气压降低至第一气压，该方法可以加快铸锭炉内气体的流动速度以将产生的含氧化合物及时地排出，从而最终降低多晶硅铸锭中的氧含量，满足工艺生产要求。本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，可以制备得到氧含量更低的多晶铸锭，满足了实际应用需求。 [0013] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述预设气流速度为35.0～35.5slpm。 [0014] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述第一气压为300-400mbar。 [0015] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述坩埚为一石英坩埚，所述对一坩埚进行喷涂处理的步骤包括： [0016] 配置用于喷涂所述坩埚的涂层喷涂液； [0017] 将所述涂层喷涂液均匀地涂覆于所述坩埚的内表面上； [0018] 将喷涂完成的所述坩埚在一烘干设备中进行烘干处理。 [0019] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述涂层喷涂液包括氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水，对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 [0020] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述氮化硅粉的粒径为1.1～2.0um，所述硅溶胶的粘度为5.0～7.0mPa.S，所述硅溶胶的pH值为8.5～9.8。 [0021] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述高纯水的pH值为6.8～7.0，电导率为0.1～0.6us/cm。 [0022] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，所述原生多晶硅的质量分数为57％～65％，所述头尾料的质量分数为13％～15％，所述单多晶边皮的质量分数为11％～14％，所述碎硅片的质量分数为5％～6％，所述循环硅块的质量分数为3％～5％，所述母合金的质量分数为0.01％～0.05％。 [0023] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态的步骤包括： [0024] 对所述铸锭炉进行抽真空1～1.5h； [0025] 对所述混合硅料进行加热3～4h直至所述混合硅料的温度到达熔融温度，其中所述熔融温度为1530～1550℃。 [0026] 所述降低多晶硅铸锭氧含量方法，其中，所述待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭的步骤包括： [0027] 待长晶完成之后在1360～750℃的温度范围内退火9～9.5h； [0028] 退火完成之后在750～370℃的温度范围内自然冷却8.5～9h以得到所述多晶硅铸锭。 [0029] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明 [0030] 图1为本发明实施例一中的降低多晶硅铸锭氧含量方法的流程图。 [0031] 图2为本发明实施例一提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法中氩气流量控制示意图； [0032] 图3为本发明实施例一提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法中炉内压力控制示意图。具体实施方式 [0033] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。 [0034] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0035] 实施例一 [0036] 请参阅图1至图3，对于本发明第一实施例中的降低多晶硅铸锭氧含量方法，包括步骤S101-S105。 [0037] 步骤S101，对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料。 [0038] 其中，所述坩埚为一石英坩埚，在对所述坩埚进行喷涂处理时，首先需配置用于喷涂所述坩埚的涂层喷涂液；然后将所述涂层喷涂液均匀地涂覆于所述坩埚的内表面上；最后将喷涂完成的所述坩埚在一烘干设备中进行烘干处理。 [0039] 具体的，配置得到的所述涂层喷涂液包括氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水，其中所述涂层喷涂液包括氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水，对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 [0040] 对所述氮化硅粉而言，所选用的氮化硅粉的粒径为1.1～2.0um，所述硅溶胶中SiO2的固含量为20～30％，对应的粒径为10～50nm，所述硅溶胶的粘度为5.0～7.0mPa.S，对应的pH值为8.5～9.8。此外，对所述高纯水而言，所述高纯水的pH值为6.8～7.0，电导率为0.1～0.6us/cm。 [0041] 在喷涂完成之后，向所述坩埚中投入混合硅料。其中，所述混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，所述原生多晶硅的质量分数为57％～65％，所述头尾料的质量分数为13％～15％，所述单多晶边皮的质量分数为11％～14％，所述碎硅片的质量分数为5％～6％，所述循环硅块的质量分数为3％～5％，所述母合金的质量分数为0.01％～0.05％。 [0042] 步骤S102，将填装有所述混合硅料的所述坩埚放置一铸锭炉后进行抽真空处理后进行加热直至所述混合硅料处于熔融状态。 [0043] 如上所述，在所述坩埚中装填好所述混合硅料之后，将填装有混合硅料的坩埚放入一铸锭炉中之后对该铸锭炉进行抽真空1～1.5h，待抽真空完成之后对所述混合硅料进行加热3～4h直至所述混合硅料的温度到达熔融温度，其中所述熔融温度为1530～1550℃。 [0044] 步骤S103，向所述铸锭炉中以预设气流速度通入氩气并将所述铸锭炉内的气压降低至第一气压后开始进行长晶作业。 [0045] 上述步骤中，当所述坩埚中的所述混合硅料处于熔融状态后期时，以35.0～35.5slpm(对应氩气的比例为70％)的预设气流速度向所述铸锭炉中通入氩气(图2所示)，并将所述铸锭炉中的气压降低至300-400mbar(图3所示)，在该环境下开始进行长晶作业。 [0046] 步骤S104，待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程。 [0047] 在晶体生长过程中，需要将所述混合硅料从熔融温度逐渐降至结晶温度后再对该混合硅料进行定向凝固(拉晶)直至完成全部的长晶过程，其中该结晶温度为1430～1450℃。 [0048] 步骤S105，待长晶完成之后依次进行退火与冷却以得到所述多晶硅铸锭。 [0049] 在本步骤中，在长晶完成之后在1360～750℃的温度范围下进行退火9～9.5h；待退火完成之后在750～370℃的温度范围内自然冷却8.5～9h最终得到所述多晶硅铸锭。 [0050] 本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，当坩埚中的混合硅料处于熔融状态后期，向铸锭炉中以35.0～35.5slpm(对应氩气的比例为70％)的预设气流速度通入氩气并将铸锭炉内的气压降低至300-400mbar，该方法可以加快铸锭炉内气体的流动速度以将产生的含氧化合物及时地排出，从而最终降低多晶硅铸锭中的氧含量，满足工艺生产要求。本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，可以制备得到氧含量更低的多晶铸锭，满足了实际应用需求。 [0051] 实施例二 [0052] 首先对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料。具体的，先配置涂层喷涂液；然后将涂层喷涂液均匀地涂覆于坩埚的内表面上；喷涂完成后对坩埚进行烘干处理。具体的，配置得到的涂层喷涂液中氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水分别对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 [0053] 其中，氮化硅粉的粒径为1.1um，硅溶胶中SiO2的固含量为20％，对应的粒径为15nm，硅溶胶的粘度为5.0mPa.S，对应的pH值为8.5。此外，高纯水的pH值为6.8，电导率为 0.1us/cm。 [0054] 此外，加入的混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，原生多晶硅的质量分数为63％，头尾料的质量分数为13％，单多晶边皮的质量分数为14％，碎硅片的质量分数为6％，循环硅块的质量分数为3.95％，母合金的质量分数为0.05％。 [0055] 然后，对填装有混合硅料的铸锭炉进行抽真空1h后进行加热3h直至混合硅料处于熔融状态，对应的熔融状态的温度为1530℃。 [0056] 进一步的，向铸锭炉中以35.0slpm的预设气流速度通入氩气并将铸锭炉内的气压降低至300mbar之后开始进行长晶作业。 [0057] 紧接着，待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程。其中该结晶温度为1430℃。 [0058] 最后，待长晶完成之后在1360℃的温度范围下进行退火9h，待退火完成之后在750℃的温度范围内自然冷却8.5h最终得到所述多晶硅铸锭。 [0059] 实施例三 [0060] 首先对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料。具体的，先配置涂层喷涂液；然后将涂层喷涂液均匀地涂覆于坩埚的内表面上；喷涂完成后对坩埚进行烘干处理。具体的，配置得到的涂层喷涂液中氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水分别对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 [0061] 其中，氮化硅粉的粒径为2.0um，硅溶胶中SiO2的固含量为30％，对应的粒径为50nm，硅溶胶的粘度为7.0mPa.S，对应的pH值为9.8。此外，高纯水的pH值为7.0，电导率为 0.6us/cm。 [0062] 此外，加入的混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，原生多晶硅的质量分数为65％，头尾料的质量分数为13％，单多晶边皮的质量分数为11％，碎硅片的质量分数为6％，循环硅块的质量分数为4.99％，母合金的质量分数为0.01％。 [0063] 然后，对填装有混合硅料的铸锭炉进行抽真空1.5h后进行加热4h直至混合硅料处于熔融状态，对应的熔融状态的温度为1550℃。 [0064] 进一步的，向铸锭炉中以35.5slpm的预设气流速度通入氩气并将铸锭炉内的气压降低至400mbar之后开始进行长晶作业。 [0065] 紧接着，待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程。其中该结晶温度为1450℃。 [0066] 最后，待长晶完成之后在1360℃的温度范围下进行退火9.5h，待退火完成之后在750℃的温度范围内自然冷却9h最终得到所述多晶硅铸锭。 [0067] 实施例四 [0068] 首先对一坩埚进行喷涂处理，向喷涂完成的所述坩埚中投入混合硅料。具体的，先配置涂层喷涂液；然后将涂层喷涂液均匀地涂覆于坩埚的内表面上；喷涂完成后对坩埚进行烘干处理。具体的，配置得到的涂层喷涂液中氮化硅粉、硅溶胶以及高纯水分别对应的质量百分比分别为30％、10％以及60％。 [0069] 其中，氮化硅粉的粒径为1.6um，硅溶胶中SiO2的固含量为25％，对应的粒径为25nm，硅溶胶的粘度为6.0mPa.S，对应的pH值为9.2。此外，高纯水的pH值为6.9，电导率为 0.4us/cm。 [0070] 此外，加入的混合硅料包括原生多晶硅，头尾料、单多晶边皮、碎硅片、循环硅块以及母合金，原生多晶硅的质量分数为63％，头尾料的质量分数为14％，单多晶边皮的质量分数为12.5％，碎硅片的质量分数为6％，循环硅块的质量分数为4.47％，母合金的质量分数为0.03％。 [0071] 然后，对填装有混合硅料的铸锭炉进行抽真空1.25h后进行加热3.5h直至混合硅料处于熔融状态，对应的熔融状态的温度为1545℃。 [0072] 进一步的，向铸锭炉中以35.25slpm的预设气流速度通入氩气并将铸锭炉内的气压降低至350mbar之后开始进行长晶作业。 [0073] 紧接着，待所述混合硅料的熔融温度降至所述多晶硅铸锭的结晶温度后对所述混合硅料进行定向凝固直至完成长晶过程。其中该结晶温度为1440℃。 [0074] 最后，待长晶完成之后在1360℃的温度范围下进行退火9.25h，待退火完成之后在750℃的温度范围内自然冷却8.75h最终得到所述多晶硅铸锭。 [0075] 本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，当坩埚中的混合硅料处于熔融状态后期，向铸锭炉中以35.0～35.5slpm的预设气流速度通入氩气并将铸锭炉中的气压调整为300-400mbar，该方法可以加快铸锭炉内气体的流动速度以将产生的含氧化合物及时地排出，从而最终降低多晶硅铸锭中的氧含量，满足工艺生产要求。本发明提出的降低多晶硅铸锭氧含量方法，可以制备得到氧含量更低的多晶铸锭，满足了实际应用需求。 [0076] 综上，根据上述实施例一至四中的方法所得的多晶铸锭，其氧含量由常规的6.0～6.5×1017cm-3降低至4.2～4.5×1017cm-3，采用该制备方法可以有效降低多晶铸锭中的氧含量，由于降低了多晶铸锭中的氧含量，使得光致衰减也随之降低了1.12％，进而使得电池效率提高了0.021％，满足了实际应用需求。 [0077] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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