專利名稱：低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法及其熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池鑄錠技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法及其熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，利用定向凝固的方法生產(chǎn)多晶硅錠是普遍采用的方法，其基本原理是將多晶硅原料放置在石英陶瓷坩堝中，放置在特定的熱場(chǎng)系統(tǒng)中，加熱至完全融化；然后從坩堝的底部開(kāi)始冷卻，硅溶液在坩堝底部開(kāi)始結(jié)晶，逐漸向上生長(zhǎng)(凝固)； 完成生長(zhǎng)過(guò)程后，通常會(huì)將熱場(chǎng)重新閉合，并將多晶鑄錠保溫一段時(shí)候后開(kāi)始冷卻，整個(gè)過(guò)程能耗在3800度左右。能耗高主要是由于加熱器位置在整個(gè)熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的上半部分，加熱器位于熱場(chǎng)頂部和側(cè)上部，為了維持晶體生長(zhǎng)的溫度梯度，能量散失較多。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用450kg多晶鑄錠爐型，由于生產(chǎn)能力或者切片機(jī)載荷的問(wèn)題，實(shí)際投料量一般在390-420kg，隨著行業(yè)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，各太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠家越來(lái)越注重對(duì)成本的控制，為了增大產(chǎn)能降低能本，各種新的設(shè)備不斷被研發(fā)出，多晶爐有更大的爐型 (800kg)研發(fā)成功，這些大爐型都在往橫向發(fā)展，即原來(lái)450kg多晶鑄錠爐型，可以切割25 個(gè)156mmX 156mmX250mm的小塊，800kg爐型的則可切割出36個(gè)這樣的小塊，但與其配套的大型坩堝生產(chǎn)工藝還未成熟，且要求更大的開(kāi)方機(jī)，原有的開(kāi)方機(jī)太窄而不能繼續(xù)使用，因此其成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。為提高產(chǎn)出在原有450kg爐型基礎(chǔ)上，直接增大裝料量，隨著裝料量的提高，長(zhǎng)晶后期散熱困難，長(zhǎng)晶時(shí)間大幅度加長(zhǎng)，能耗增加。同時(shí)，多晶硅鑄錠由于生長(zhǎng)方式的問(wèn)題，石英陶瓷坩堝的底部先開(kāi)始散熱，整個(gè)平面散熱強(qiáng)度基本一致，坩堝底部產(chǎn)生許多個(gè)成核點(diǎn)，產(chǎn)生的晶粒較小，晶界和位錯(cuò)缺陷密度較高，因此與單晶相比，所做太陽(yáng)能電池效率會(huì)低1% 2%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法及其熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在目前450kg多晶鑄錠爐型基礎(chǔ)上(即仍然開(kāi)方25出個(gè)156mmX 156mm的小塊)，裝料量得到提升同時(shí)又能耗降低，生長(zhǎng)界面可控，且生長(zhǎng)出晶體生長(zhǎng)成核點(diǎn)較少，晶粒較大，晶界和位錯(cuò)缺陷密度小的晶錠，切片用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池，電池效率可得明顯提升。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法將550_750kg 的硅料放入480-650mm高的坩堝中，閉合整個(gè)熱場(chǎng)空間，頂部和側(cè)面的3個(gè)電阻加熱器同時(shí)加熱，其中側(cè)面加熱器分為上下兩個(gè)部分，溫度升高到1500°C左右使硅料在十多個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫融化，化料時(shí)保持壓力在0. 1-0. 6atm，使硅料中的雜質(zhì)能充分的揮發(fā)，同時(shí)通入氬氣或氦氣等惰性保護(hù)性氣體，便于攜帶雜質(zhì)，化料結(jié)束后，提升側(cè)壁的保溫罩0-60mm，側(cè)下加熱器加熱功率比例降低到0-50%，打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置，帶獨(dú)特設(shè)計(jì)的支撐塊和冷卻裝置聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得坩堝底部在長(zhǎng)晶初期形成局部的成核點(diǎn)，即在坩堝底部形成局部橫向的溫度梯度，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒，該段時(shí)間控制在l_2h，完成長(zhǎng)晶初期的晶粒擴(kuò)大過(guò)程。然后關(guān)閉支撐塊下的冷卻裝置，同時(shí)再通過(guò)保溫罩的提升和3個(gè)加熱器功率比例的調(diào)整，增強(qiáng)底部散熱，而上部硅液所需要的高溫環(huán)境由頂加熱器和側(cè)上加熱器來(lái)維持，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移，晶體逐漸向上生長(zhǎng)，這樣就形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制。在長(zhǎng)晶的后期，由于硅塊凝固存在厚度，硅塊本身的熱阻作用會(huì)使得上部硅液散熱變慢，即長(zhǎng)晶溫度梯度降低，為了縮短長(zhǎng)晶時(shí)間節(jié)約能耗，可配合工藝要求再次打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置，增強(qiáng)底部散熱。整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程在20-3 內(nèi)完成。長(zhǎng)晶結(jié)束后關(guān)閉冷卻裝置，同時(shí)再次閉合整個(gè)保溫罩，在1350°C的高溫下保溫 l_6h，消除熱應(yīng)力，整個(gè)長(zhǎng)晶和保溫過(guò)程爐內(nèi)壓力維持在0. 1-0. 6atm。保溫完成后再逐漸打開(kāi)保溫罩，使硅錠緩慢冷卻，此時(shí)可逐漸增大壓力倒接近 Iatm，即完成整個(gè)鑄錠過(guò)程。同時(shí)，本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)該方法的一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括保溫罩系統(tǒng)，坩堝系統(tǒng)，分體式電阻加熱器，支撐部分，冷卻裝置。保溫罩系統(tǒng)包括帶吊桿的保溫罩側(cè)壁和上、下保溫板，側(cè)壁可上下移動(dòng)，上、下保溫板位置固定，保溫罩由導(dǎo)熱系數(shù)較低的保溫氈做成，如石墨氈，吊桿和支撐骨架材料由耐高溫金屬做成。坩堝系統(tǒng)包括石英坩堝，石墨坩堝，石墨坩堝蓋板，蓋板上設(shè)有保護(hù)氣體導(dǎo)入管， 保護(hù)氣體為惰性氣體。支撐部分包括石墨支撐塊和3根石墨支撐桿。支撐塊帶孔洞設(shè)計(jì)，作為局部冷卻點(diǎn)使用，冷卻點(diǎn)個(gè)數(shù)可為4-500個(gè)。冷卻裝置上設(shè)有冷卻氣體導(dǎo)入管，與支撐塊聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻。坩堝系統(tǒng)放置在支撐塊上，坩堝蓋板上方具有連接于上保溫板上的頂加熱器，坩堝周圍具有連接于上保溫板上的側(cè)上加熱器和側(cè)下加熱，三個(gè)加熱器可獨(dú)立控制，頂加熱器與助凝支撐塊之間的距離達(dá)580-740mm，以便裝下550_750kg的硅料；冷卻器設(shè)置在支撐塊下；以上部件都位于保溫罩內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)比較大的裝料量550_750kg硅料，可提高鑄錠的產(chǎn)能， 晶錠的利用率，晶錠高度可達(dá):340mm 465mm ；同時(shí)由于側(cè)面加熱器分成兩個(gè)加熱區(qū)，可節(jié)約能耗，降低整體鑄錠成本；坩堝底部的局部冷卻作用，使得坩堝底部在長(zhǎng)晶初期形成較少的成核點(diǎn)，即在坩堝底部形成局部橫向的溫度梯度，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒， 然后再通過(guò)隔熱籠的提升和側(cè)面兩加熱器的調(diào)整，底部散熱增強(qiáng)，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移， 晶體逐漸向上生長(zhǎng)。這樣就形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制，從而晶界和位錯(cuò)大幅度降低， 晶體質(zhì)量大幅度提高。采用本發(fā)明，單位時(shí)間產(chǎn)出可提高15% 40%，單位產(chǎn)出能耗降低 10% 40%，晶界位錯(cuò)等缺陷比例降低50%以上。與目前現(xiàn)有的技術(shù)相比，側(cè)面加熱器分成兩個(gè)加熱區(qū)，加上頂部的加熱器，3個(gè)加熱器可分開(kāi)獨(dú)立控制，可以在最大程度上降低能耗，而且利于調(diào)整長(zhǎng)晶界面，獲得更為平整的長(zhǎng)晶界面，提高晶體質(zhì)量；帶獨(dú)特設(shè)計(jì)的支撐塊和冷卻裝置聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得在長(zhǎng)晶初期坩堝底部局部位置產(chǎn)生冷點(diǎn)，先開(kāi)始形核，減少了成核點(diǎn)，且獲得了橫向的溫度梯度，為晶核橫向長(zhǎng)大提供了必備條件。本發(fā)明在裝料空間上有大幅度提升，鑄錠的高度達(dá) 340mm 465mm(現(xiàn)有鑄錠爐一般錠高度250mm)，由于生長(zhǎng)出的硅塊本身熱阻問(wèn)題，使得長(zhǎng)晶后期散熱困難，而本發(fā)明支撐塊底部的冷卻裝置也可對(duì)長(zhǎng)晶后期的散熱進(jìn)行調(diào)整，使熱量更快散發(fā)，維持長(zhǎng)晶界面推移所需要的溫度梯度，解決了由于錠高度增加帶來(lái)的散熱問(wèn)題。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明石墨支撐塊的孔洞設(shè)計(jì)的一種示意圖；圖3是本發(fā)明石墨支撐塊的孔洞設(shè)計(jì)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、上保溫板；2、頂加熱器；3、側(cè)上加熱器；4、側(cè)下加熱器；5、保溫罩側(cè)壁； 6、石墨坩堝；7、支撐塊；8、冷卻裝置；9、上保溫板；10支撐桿；11、冷卻氣體導(dǎo)入管；12、石英坩堝；13、坩堝蓋板；14、保護(hù)氣體導(dǎo)入管。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖1所示一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括帶吊桿的保溫罩側(cè)壁5 和上保溫板1，帶石墨支撐桿10的下保溫板9和石墨支撐塊7，支撐塊7上放置石墨坩堝 6以及石墨坩堝內(nèi)的石英坩堝12，坩堝上設(shè)置有蓋板13，蓋板上設(shè)有惰性保護(hù)氣體導(dǎo)入管 14，，坩堝蓋板上方還具有連接于上保溫板1上的頂加熱器2，坩堝周圍具有連接于上保溫板1上的側(cè)上加熱器3和側(cè)下加熱器4，3個(gè)側(cè)加熱器可獨(dú)立控制，頂加熱器與助凝支撐塊之間的距離達(dá)580-740mm，以便裝下550_750kg的硅料；冷卻器設(shè)置8在支撐塊7下；支撐塊 7帶孔洞設(shè)計(jì)如圖2、3，作為局部冷卻點(diǎn)使用，冷卻點(diǎn)個(gè)數(shù)可為4-500個(gè)，圖形僅供示意，并不局限于上述孔洞性狀。冷卻器上設(shè)有冷卻氣體導(dǎo)入管11，與支撐塊聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻。實(shí)施例1石英坩堝12裝滿650kg硅料后，外包石墨坩堝6，放置于支撐塊7上，保溫罩側(cè)壁 5和下保溫板9閉合，頂加熱器2與支撐塊7之間的距離達(dá)650mm，將爐體抽真空，達(dá)到工藝要求真空度后，頂加熱器2、側(cè)上加熱器3和側(cè)下加熱器4開(kāi)始工作，初步預(yù)熱后通過(guò)保護(hù)氣體導(dǎo)入管14逐漸通入惰性保護(hù)氣體氬氣，維持爐內(nèi)壓力0. 5atm,由于保溫罩的保溫作用，可以將保溫罩內(nèi)的溫度升高到1500°C左右的高溫，使硅料在十多個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫融化。在化料期間流通的氬氣可攜帶化料揮發(fā)出來(lái)的雜質(zhì)，化料結(jié)束后穩(wěn)定lh，提升側(cè)壁的保溫罩 30mm，側(cè)下加熱器加熱功率比例降低到50%，打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置8，通過(guò)冷卻氣體導(dǎo)入管11導(dǎo)入冷卻氣體，支撐塊7帶有25個(gè)冷卻點(diǎn)，如圖2，支撐塊7和冷卻裝置8聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得石英坩堝12底部在長(zhǎng)晶初期形成局部的成核點(diǎn)，即在坩堝底部形成局部橫向的溫度梯度，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒，該段時(shí)間控制在l_2h，完成長(zhǎng)晶初期的晶粒擴(kuò)大過(guò)程。然后關(guān)閉支撐塊下的冷卻裝置8，冷卻氣體導(dǎo)入管11停止導(dǎo)入冷卻氣體，再通過(guò)保溫罩的提升和3個(gè)加熱器功率比例的調(diào)整，增強(qiáng)底部散熱，而上部硅液所需要的高溫環(huán)境由頂加熱器2和側(cè)上加熱器3來(lái)維持，使得硅的結(jié)晶界面形成一個(gè)垂直的溫度梯度場(chǎng)，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移，晶體逐漸向上生長(zhǎng)，這樣就形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制。熱
5力學(xué)模型根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度分布的設(shè)定值給定，而自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)給定的溫度空間分布的設(shè)定值對(duì)加熱器進(jìn)行控制。在長(zhǎng)晶的后期，由于硅塊凝固存在厚度，硅塊本身的熱阻作用會(huì)使得上部硅液散熱變慢，即長(zhǎng)晶溫度梯度降低，為了縮短長(zhǎng)晶時(shí)間節(jié)約能耗，可配合工藝要求再次打開(kāi)支撐塊7下的冷卻裝置8，增強(qiáng)底部散熱。整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程在^h內(nèi)完成。長(zhǎng)晶結(jié)束后關(guān)閉冷卻裝置8，同時(shí)再次閉合整個(gè)保溫罩，在1350°C的高溫下保溫 3h，消除熱應(yīng)力，整個(gè)過(guò)程爐內(nèi)壓力維持在0. fetm。保溫完成后再逐漸打開(kāi)保溫罩，使硅錠在12h內(nèi)緩慢冷卻，此時(shí)可逐漸增大壓力倒接近latm，即完成整個(gè)鑄錠過(guò)程。所出錠高406mm，產(chǎn)出增加60%，單位產(chǎn)出能耗降低 30%，硅錠晶粒大小由原來(lái)的l-3cm增大到3-lOcm，晶界位錯(cuò)等微缺陷降低50%以上。實(shí)施例2石英坩堝12裝滿750kg硅料后，外包石墨坩堝6，放置于支撐塊7上，保溫罩側(cè)壁 5和下保溫板9閉合，頂加熱器2與支撐塊7之間的距離達(dá)700mm，將爐體抽真空，達(dá)到工藝要求真空度后，頂加熱器2、側(cè)上加熱器3和側(cè)下加熱器4開(kāi)始工作，初步預(yù)熱后通過(guò)保護(hù)氣體導(dǎo)入管14逐漸通入惰性保護(hù)氣體氬氣，維持爐內(nèi)壓力0. 6atm,由于保溫罩的保溫作用， 可以將保溫罩內(nèi)的溫度升高到1500°C左右的高溫，使硅料在十多個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫融化。在化料期間流通的氬氣可攜帶化料揮發(fā)出來(lái)的雜質(zhì)，化料結(jié)束后穩(wěn)定lh，側(cè)下加熱器加熱功率比例降低到30%，打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置8，通過(guò)冷卻氣體導(dǎo)入管11導(dǎo)入冷卻氣體，支撐塊7帶有4個(gè)條狀冷卻點(diǎn)，如圖3，支撐塊7和冷卻裝置8聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得石英坩堝12底部在長(zhǎng)晶初期形成局部的成核點(diǎn)，即在坩堝底部形成局部橫向的溫度梯度，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒，該段時(shí)間控制在l_2h，完成長(zhǎng)晶初期的晶粒擴(kuò)大過(guò)程。然后關(guān)閉支撐塊下的冷卻裝置8，冷卻氣體導(dǎo)入管11停止導(dǎo)入冷卻氣體，再通過(guò)保溫罩的提升和 3個(gè)加熱器功率比例的調(diào)整，增強(qiáng)底部散熱，而上部硅液所需要的高溫環(huán)境由頂加熱器2和側(cè)上加熱器3來(lái)維持，使得硅的結(jié)晶界面形成一個(gè)垂直的溫度梯度場(chǎng)，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移，晶體逐漸向上生長(zhǎng)，這樣就形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制。熱力學(xué)模型根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度分布的設(shè)定值給定，而自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)給定的溫度空間分布的設(shè)定值對(duì)加熱器進(jìn)行控制。在長(zhǎng)晶的后期，由于硅塊凝固存在厚度，硅塊本身的熱阻作用會(huì)使得上部硅液散熱變慢，即長(zhǎng)晶溫度梯度降低，為了縮短長(zhǎng)晶時(shí)間節(jié)約能耗，可配合工藝要求再次打開(kāi)支撐塊7下的冷卻裝置8，增強(qiáng)底部散熱。整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程在30h內(nèi)完成。長(zhǎng)晶結(jié)束后關(guān)閉冷卻裝置8，同時(shí)再次閉合整個(gè)保溫罩，在1375°C的高溫下保溫 4h,消除熱應(yīng)力，整個(gè)過(guò)程爐內(nèi)壓力維持在0. 6atm。保溫完成后再逐漸打開(kāi)保溫罩，使硅錠在12h內(nèi)緩慢冷卻，此時(shí)可逐漸增大壓力倒接近latm，即完成整個(gè)鑄錠過(guò)程。所出錠高465mm，產(chǎn)出增加80%，單位產(chǎn)出能耗降低 35%，硅錠晶粒大小由原來(lái)的l-3cm增大到3-lOcm，晶界位錯(cuò)等微缺陷降低50%以上。實(shí)施例3石英坩堝12首先在坩堝底部對(duì)應(yīng)支撐塊冷卻點(diǎn)位置鋪設(shè)具備一定厚度的條狀 <100>晶向單晶，然后裝滿650kg硅料，外包石墨坩堝6，放置于支撐塊7上，支撐塊7帶有 4個(gè)條狀冷卻點(diǎn)，如圖3，保溫罩側(cè)壁5和下保溫板9閉合，頂加熱器2與支撐塊7之間的距離達(dá)650mm，將爐體抽真空，達(dá)到工藝要求真空度后，頂加熱器2、側(cè)上加熱器3和側(cè)下加熱器4開(kāi)始工作，初步預(yù)熱后通過(guò)保護(hù)氣體導(dǎo)入管14逐漸通入惰性保護(hù)氣體氬氣，維持爐內(nèi)壓力0. ^tm,由于保溫罩的保溫作用，可以將保溫罩內(nèi)的溫度升高到1400°C的高溫后，提升側(cè)壁的保溫罩30mm，打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置8，通過(guò)冷卻氣體導(dǎo)入管11導(dǎo)入冷卻氣體， 控制坩堝底部局部溫度在1400°C以下，坩堝上部溫度升高到1500°C左右，使硅料從上往下持續(xù)融化，支撐塊7和冷卻裝置8聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，這樣使得石英坩堝12底部在長(zhǎng)晶初期形成了局部具有單晶晶向的成核點(diǎn)加強(qiáng)冷卻裝置8的局部冷區(qū)，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒，該段時(shí)間控制在1-池，完成長(zhǎng)晶初期的晶粒擴(kuò)大過(guò)程。然后關(guān)閉支撐塊下的冷卻裝置8，同時(shí)通過(guò)保溫罩的提升和3個(gè)加熱器功率比例的調(diào)整，增強(qiáng)底部散熱，而上部硅液所需要的高溫環(huán)境由頂加熱器2和側(cè)上加熱器3來(lái)維持，使得硅的結(jié)晶界面形成一個(gè)垂直的溫度梯度場(chǎng)，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移，晶體逐漸向上生長(zhǎng)，這樣就形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制，而且起到了晶向誘導(dǎo)的作用。熱力學(xué)模型根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度分布的設(shè)定值給定，而自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)給定的溫度空間分布的設(shè)定值對(duì)加熱器進(jìn)行控制。在長(zhǎng)晶的后期，由于硅塊凝固存在厚度，硅塊本身的熱阻作用會(huì)使得上部硅液散熱變慢，即長(zhǎng)晶溫度梯度降低，為了縮短長(zhǎng)晶時(shí)間節(jié)約能耗，可配合工藝要求再次打開(kāi)支撐塊7下的冷卻裝置8，增強(qiáng)底部散熱。整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程在^h內(nèi)完成。長(zhǎng)晶結(jié)束后關(guān)閉冷卻裝置8，同時(shí)再次閉合整個(gè)保溫罩，在1375°C的高溫下保溫 4h,消除熱應(yīng)力，整個(gè)過(guò)程爐內(nèi)壓力維持在0. ^tm。保溫完成后再逐漸打開(kāi)保溫罩，使硅錠在12h內(nèi)緩慢冷卻，此時(shí)可逐漸增大壓力倒接近latm，即完成整個(gè)鑄錠過(guò)程。所出錠高406mm，產(chǎn)出增加60%，單位產(chǎn)出能耗降低 30%，硅錠由原來(lái)的方向雜亂晶粒較多的多晶，變成具備統(tǒng)一的晶向，晶界位錯(cuò)等微缺陷降低60%以上。以上說(shuō)明書中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書后可以對(duì)以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法，其特征在于包括以下步驟1)將550-750kg的硅料放入480-650mm高的坩堝中，閉合整個(gè)熱場(chǎng)空間，頂部和側(cè)面的 3個(gè)電阻加熱器同時(shí)加熱，其中側(cè)面加熱器分為上下兩個(gè)部分；溫度升高到1500°C，使硅料在十多個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫融化，化料時(shí)保持壓力在0. 1-0. 6atm,同時(shí)通入惰性保護(hù)性氣體；化料結(jié)束后，提升側(cè)壁的保溫罩0-60mm，側(cè)下加熱器加熱功率比例降低到0_50%，打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置，利用支撐塊和冷卻裝置聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得坩堝底部在長(zhǎng)晶初期形成局部的成核點(diǎn)，即在坩堝底部形成局部橫向的溫度梯度，晶核往橫向生長(zhǎng)，形成較大的晶粒，該段時(shí)間控制在l_2h，完成長(zhǎng)晶初期的晶粒擴(kuò)大過(guò)程；2)關(guān)閉支撐塊下的冷卻裝置，同時(shí)再通過(guò)保溫罩的提升和3個(gè)加熱器功率比例的調(diào)整，增強(qiáng)底部散熱，而上部硅液所需要的高溫環(huán)境由頂加熱器和側(cè)上加熱器來(lái)維持，控制長(zhǎng)晶界面平坦上移，晶體逐漸向上生長(zhǎng)，形成先橫向后縱向的生長(zhǎng)機(jī)制；3)在長(zhǎng)晶的后期，配合工藝要求再次打開(kāi)支撐塊下的冷卻裝置，增強(qiáng)底部散熱，整個(gè)長(zhǎng)晶過(guò)程在20-3 內(nèi)完成；4)長(zhǎng)晶結(jié)束后關(guān)閉冷卻裝置，同時(shí)再次閉合整個(gè)保溫罩，在1350°C的高溫下保溫 l_6h，消除熱應(yīng)力，整個(gè)長(zhǎng)晶和保溫過(guò)程爐內(nèi)壓力維持在0. 1-0. 6atm ；保溫完成后再逐漸打開(kāi)保溫罩，使硅錠緩慢冷卻，逐漸增大壓力倒接近latm，完成整個(gè)鑄錠過(guò)程。
2.一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括帶吊桿的保溫罩側(cè)壁 (5)和上保溫板(1)，帶石墨支撐桿(10)的下保溫板(9)和石墨支撐塊(7)；所述的支撐塊 (7)上放置石墨坩堝(6)以及石墨坩堝內(nèi)的石英坩堝(12)，坩堝上設(shè)置有蓋板(13)，蓋板上設(shè)有惰性保護(hù)氣體導(dǎo)入管(14)，坩堝蓋板上方還具有連接于上保溫板(1)上的頂加熱器 O)，所述的坩堝周圍具有連接于上保溫板(1)上的側(cè)上加熱器C3)和側(cè)下加熱器G)，3個(gè)側(cè)加熱器獨(dú)立控制，頂加熱器與支撐塊之間的距離為580-740mm;冷卻裝置(8)設(shè)置在支撐塊(7)下；支撐塊(7)帶孔洞設(shè)計(jì)；冷卻裝置(8)上設(shè)有冷卻氣體導(dǎo)入管(11)，與支撐塊 (7)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻。
3.如權(quán)利要求2所述的低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的支撐塊(7)的孔洞設(shè)計(jì)為所述的支撐塊表面具有多個(gè)成矩陣排列的孔洞或支撐塊表面具有平行設(shè)置的槽。
4.如權(quán)利要求2所述的低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的冷卻裝置(8)為塊狀或由管路排布而成。
5.如權(quán)利要求3所述的低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的支撐塊(7)上的孔洞的個(gè)數(shù)為4-500個(gè)。
6.如權(quán)利要求2所述的低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于在對(duì)應(yīng)的局部冷卻位置放置籽晶實(shí)現(xiàn)單晶誘導(dǎo)生長(zhǎng)效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低缺陷高產(chǎn)出多晶硅鑄錠方法及其熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括保溫罩系統(tǒng)，坩堝系統(tǒng)，分體式電阻加熱器，支撐部分，冷卻裝置。通過(guò)對(duì)3個(gè)加熱器的分開(kāi)獨(dú)立控制，可以在最大程度上降低能耗，而且利于調(diào)整長(zhǎng)晶界面，獲得更為平整的長(zhǎng)晶界面，提高晶體質(zhì)量，也解決了鑄錠的高度增加帶來(lái)的長(zhǎng)晶后期散熱問(wèn)題；帶獨(dú)特設(shè)計(jì)的支撐塊和冷卻裝置聯(lián)合實(shí)現(xiàn)局部冷卻，使得在長(zhǎng)晶初期坩堝底部局部位置產(chǎn)生冷點(diǎn)，先開(kāi)始形核，減少了成核點(diǎn)，且獲得了橫向的溫度梯度，為晶核橫向長(zhǎng)大提供了必備條件，晶粒的增大在很大程度上減少了晶界，降低了位錯(cuò)等微缺陷。
文檔編號(hào)C30B28/06GK102330148SQ20111021721
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月30日
發(fā)明者陳雪 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司