一種全熔高效多晶硅鑄錠用籽晶及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巧晶技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種全烙高效多晶娃鑄錠用巧晶及其制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前W及將來很長一段時(shí)間內(nèi)，多晶娃鑄錠都是娃材料太陽能電池行業(yè)中的主要 生產(chǎn)技術(shù)，但為了獲取更高的轉(zhuǎn)換效率，更低的光伏發(fā)電成本，新型鑄錠技術(shù)不斷產(chǎn)生。但 總體上目前的鑄錠技術(shù)可分為全烙和半烙兩個(gè)鑄錠技術(shù)類別。其中全烙鑄錠技術(shù)對應(yīng)高的 鑄錠收率，但目前全烙鑄錠技術(shù)對應(yīng)的電池性能較半烙較差。
[0003] 傳統(tǒng)的全烙多晶娃鑄錠（W下簡稱全烙鑄錠）由于晶體生長初期采用均勻成 核機(jī)制，生長出的多晶晶粒對稱性低，晶粒內(nèi)部位錯(cuò)密度高，其電池的光電轉(zhuǎn)換效率低 (< 17. 7% )，該工藝已經(jīng)被業(yè)內(nèi)淘汰。目前多晶娃鑄錠生長主要通過生長對稱性較高的柱 狀晶來降低晶粒內(nèi)部位錯(cuò)密度。為了生長對稱性較好的柱狀晶，通常需要使用對稱性較好 的巧晶來限制后續(xù)晶體的生長。半烙鑄錠通常使用碎娃片、娃顆粒等作為巧晶。
[0004] 目前圍繞提高全烙鑄錠的電池效率，通常采用二氧化娃（石英）、碳化娃等非娃類 難烙顆粒作為巧晶。除此之外還有采用娃顆粒通過與石英相蝸和氮化娃涂層形成特殊結(jié)構(gòu) 來進(jìn)行全烙鑄錠的嘗試。其中使用二氧化娃顆粒作為巧晶鑄錠全烙多晶的技術(shù)已經(jīng)較為成 熟，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到17. 9%，基本滿足市場需求，但較半烙鑄錠其光電轉(zhuǎn)換效率仍然 存在0. 1~0.2%的差距。
[0005] W目前使用最為成熟，光電轉(zhuǎn)換效率最高的二氧化娃作為巧晶的全烙鑄錠為例， 但是目前對其引晶機(jī)理了解不夠深入。
[0006] 目前多晶娃鑄錠生產(chǎn)中使用較為普遍的異質(zhì)巧晶引晶過程可人為地分成4個(gè)步 驟：
[0007] (1)娃料烙化步驟：
[000引 目前多晶娃鑄錠通常都使用定向凝固技術(shù)，娃料通常從相蝸的中上部開始烙化， 最后烙化相蝸底部的娃料，該一過程對于需要保留剩余巧晶的半烙鑄錠技術(shù)更為重要。而 在全烙鑄錠過程中，娃料的逐步烙化規(guī)程，由于巧晶頂部的氮化娃涂層較薄弱，因而容易暴 露于娃烙體中，如圖1所示。
[0009] (2)巧晶溶蝕步驟：
[0010] 選用與娃烙體具有較好浸潤性的巧晶材料，如二氧化娃、碳化娃等作為巧晶，在高 溫條件下，當(dāng)巧晶與娃烙體接觸后，巧晶受到娃烙體的侵蝕和溶解，逐漸形成溶蝕凹坑，如 圖2所示。需要特別說明的是，溶蝕過程與后期巧晶的引晶效果關(guān)系密切，巧晶的溶蝕程度 直接影響引晶效果。
[0011] 通過調(diào)節(jié)一些參數(shù)，增強(qiáng)巧晶的溶蝕的程度可提高引晶效果。當(dāng)巧晶的溶蝕程度 不夠時(shí)，如圖3A所示，巧晶顆粒保留完整，娃烙體因與巧晶接觸不足，而無法產(chǎn)生較好的引 晶效果。相反，當(dāng)巧晶的溶蝕過渡時(shí)，娃液會(huì)滲透到引晶層下面，并在引晶層下面凝固，如圖 3B中所示，通常該種情況仍然可W獲得較好的引晶效果。但是如果巧晶的溶蝕程度太高，容 易導(dǎo)致娃錠與相蝸粘連，導(dǎo)致娃錠開裂。
[0012] (3)引晶生長步驟：
[0013] 娃料完全烙化后，隨著溫度的降低，此時(shí)的過冷度尚不足W形成自發(fā)形核，娃原子 優(yōu)先在與娃烙體具有浸潤性的巧晶溶蝕坑內(nèi)結(jié)晶，達(dá)到引晶的效果，并在定向的溫度梯度 下向上生長，如圖4。
[0014] (4)斷裂脫離步驟
[0015] 晶體生長完成后，多晶娃錠會(huì)與底部巧晶分離，通常會(huì)有部分娃晶體從娃錠底部 斷裂并殘留在相蝸底部，其示意圖如圖5所示。圖6為通常情況下娃錠與巧晶斷裂脫離后 娃錠底部和相蝸底部的實(shí)物圖。從中可W看出，在斷裂脫離步驟，娃錠必須克服一定的斷裂 勢壘才能從相蝸底部脫離，該就比如導(dǎo)致娃錠內(nèi)部存在較大的應(yīng)力。而為了實(shí)現(xiàn)較好的引 晶效果，相蝸底部的引晶顆粒應(yīng)盡可能密集，而密集的引晶點(diǎn)必然導(dǎo)致斷裂脫離過程娃錠 中應(yīng)力的增值。
[0016] 從上述分析可W看出，目前的異質(zhì)引晶無法從根本上克服粘蝸風(fēng)險(xiǎn)，而該種風(fēng)險(xiǎn) 也限制了其引晶效果的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的提供一種全烙高效多晶娃鑄錠用巧晶，該巧晶能克服引晶過程中粘 蝸風(fēng)險(xiǎn)，能提高全烙鑄錠的引晶效果。
[0018] 本發(fā)明的目的還在于提供全烙高效多晶娃鑄錠用巧晶的制備方法，該制備方法工 藝簡潔，成本低。
[0019] 本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供上述巧晶在多晶娃全烙高效鑄錠中的應(yīng)用。
[0020] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的；一種全烙高效多晶娃鑄錠用 巧晶，所述的巧晶為表面局部包覆有氮化娃涂層的球狀SiC-Si化復(fù)合顆粒。
[0021] 本發(fā)明中的巧晶可直接鋪設(shè)于相蝸底部的氮化娃涂層之上，而非固定于相蝸底部 和氮化娃涂層之間，因而可W從根本上避免粘蝸風(fēng)險(xiǎn)；由于該巧晶直接鋪設(shè)于相蝸底部，顆 粒之間互相接觸，因而無需控制引晶點(diǎn)直接間的距離，因而可實(shí)現(xiàn)更好的引晶效果，降低娃 錠中位錯(cuò)比例；由于使用表面局部包覆有氮化娃涂層的球狀SiC和Si化復(fù)合材料作為巧 晶，較石英顆粒巧晶，可顯著降低娃錠中下部的間隙氧含量。
[0022] 本發(fā)明所述的表面局部包覆有氮化娃涂層的球狀SiC-Si〇2復(fù)合顆粒中SiC和Si〇2 的質(zhì)量份配比優(yōu)選為30~99:1~70。
[0023] 本發(fā)明所述的表面局部包覆有氮化娃涂層的球狀SiC-Si〇2復(fù)合顆粒優(yōu)選通過W 下方法制備獲得；按用量關(guān)系取SiC和Si化，首先采用溶膠凝膠法將SiC和Si化制成球狀 SiC-Si〇2復(fù)合顆粒，然后采用二次溶膠凝膠法在球狀SiC-Si〇2復(fù)合顆粒表面局部包覆氮化 娃涂層。
[0024] 其中采用溶膠凝膠法將SiC和Si〇2制成球狀SiC-Si〇2復(fù)合顆粒的過程是；按用 量關(guān)系取SiC和Si化，與有機(jī)粘結(jié)劑混勻制成溶膠，將溶膠老化成凝膠后再經(jīng)造粒、篩選處 理，篩選后的顆粒在700~1000°C高溫烘烤使凝膠顆粒收縮形成球狀微粒，即制備得球狀 SiC-Si〇2復(fù)合顆粒。其中有機(jī)粘結(jié)劑可W為聚氨醋、丙締酸樹脂和醋酸己締樹脂等中的一 種或幾種。
[0025] 其中二次溶膠凝膠法的過程包括；（1)、將球狀的SiC-Si〇2復(fù)合顆粒粘結(jié)于樹脂基 板上，通過控制粘合劑的用量控制SiC-Si化復(fù)合顆在粘合劑中的埋藏深度；（2)、采用流延 法對SiC-Si化復(fù)合顆粒的暴露部分進(jìn)行氮化娃涂層處理；（3)、采用氨氧火焰或酒精火焰燒 結(jié)將氮化娃涂層固定于SiC-Si化復(fù)合顆粒表面，并將樹脂基板和粘合劑燃燒去除，獲得目 標(biāo)廣品。
[0026] 其中粘合劑為聚氨醋、丙締酸樹脂和醋酸己締樹脂中的一種或幾種，其用量一般 將SiC-Si〇2復(fù)合顆粒的40~70%部分埋藏在粘合劑中即可。
[0027] 本發(fā)明所述的表面局部包覆有氮化娃涂層的球狀SiC-Si化復(fù)合顆粒的粒徑優(yōu)選 為 0. 1 ~5. 0mm。
[002引本發(fā)明的第二個(gè)目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的；上述全烙高效多晶娃鑄錠用 巧晶的制備方法，含W下步驟；按用量關(guān)系取SiC和Si02,首先采用溶膠凝膠法將SiC和 Si02制成球狀SiC-SiO 2復(fù)合顆粒，然后采用二次溶膠凝膠法在球狀SiC-SiO 2復(fù)合顆粒表面 局部包覆氮化娃涂層。
[0029] 本發(fā)明的最后一個(gè)目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：上述巧晶在多晶娃全烙高 效鑄錠中的應(yīng)用。
[0030] 采用本發(fā)明中的巧晶作為異質(zhì)巧晶進(jìn)行異質(zhì)引晶，可W提供一種更加穩(wěn)定、高效 的全烙多晶娃鑄錠技術(shù)。
[0031] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0032] (1)本發(fā)明通過制備密度大于娃烙體