一种全熔高效多晶硅铸锭用籽晶及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于巧晶技术领域，具体设及一种全烙高效多晶娃铸锭用巧晶及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 目前W及将来很长一段时间内，多晶娃铸锭都是娃材料太阳能电池行业中的主要 生产技术，但为了获取更高的转换效率，更低的光伏发电成本，新型铸锭技术不断产生。但 总体上目前的铸锭技术可分为全烙和半烙两个铸锭技术类别。其中全烙铸锭技术对应高的 铸锭收率，但目前全烙铸锭技术对应的电池性能较半烙较差。
[0003] 传统的全烙多晶娃铸锭（W下简称全烙铸锭）由于晶体生长初期采用均匀成 核机制，生长出的多晶晶粒对称性低，晶粒内部位错密度高，其电池的光电转换效率低 (< 17. 7% )，该工艺已经被业内淘汰。目前多晶娃铸锭生长主要通过生长对称性较高的柱 状晶来降低晶粒内部位错密度。为了生长对称性较好的柱状晶，通常需要使用对称性较好 的巧晶来限制后续晶体的生长。半烙铸锭通常使用碎娃片、娃颗粒等作为巧晶。
[0004] 目前围绕提高全烙铸锭的电池效率，通常采用二氧化娃（石英）、碳化娃等非娃类 难烙颗粒作为巧晶。除此之外还有采用娃颗粒通过与石英相蜗和氮化娃涂层形成特殊结构 来进行全烙铸锭的尝试。其中使用二氧化娃颗粒作为巧晶铸锭全烙多晶的技术已经较为成 熟，其光电转换效率可达到17. 9%，基本满足市场需求，但较半烙铸锭其光电转换效率仍然 存在0. 1~0.2%的差距。
[0005] W目前使用最为成熟，光电转换效率最高的二氧化娃作为巧晶的全烙铸锭为例， 但是目前对其引晶机理了解不够深入。
[0006] 目前多晶娃铸锭生产中使用较为普遍的异质巧晶引晶过程可人为地分成4个步 骤：
[0007] (1)娃料烙化步骤：
[000引 目前多晶娃铸锭通常都使用定向凝固技术，娃料通常从相蜗的中上部开始烙化， 最后烙化相蜗底部的娃料，该一过程对于需要保留剩余巧晶的半烙铸锭技术更为重要。而 在全烙铸锭过程中，娃料的逐步烙化规程，由于巧晶顶部的氮化娃涂层较薄弱，因而容易暴 露于娃烙体中，如图1所示。
[0009] (2)巧晶溶蚀步骤：
[0010] 选用与娃烙体具有较好浸润性的巧晶材料，如二氧化娃、碳化娃等作为巧晶，在高 温条件下，当巧晶与娃烙体接触后，巧晶受到娃烙体的侵蚀和溶解，逐渐形成溶蚀凹坑，如 图2所示。需要特别说明的是，溶蚀过程与后期巧晶的引晶效果关系密切，巧晶的溶蚀程度 直接影响引晶效果。
[0011] 通过调节一些参数，增强巧晶的溶蚀的程度可提高引晶效果。当巧晶的溶蚀程度 不够时，如图3A所示，巧晶颗粒保留完整，娃烙体因与巧晶接触不足，而无法产生较好的引 晶效果。相反，当巧晶的溶蚀过渡时，娃液会渗透到引晶层下面，并在引晶层下面凝固，如图 3B中所示，通常该种情况仍然可W获得较好的引晶效果。但是如果巧晶的溶蚀程度太高，容 易导致娃锭与相蜗粘连，导致娃锭开裂。
[0012] (3)引晶生长步骤：
[0013] 娃料完全烙化后，随着温度的降低，此时的过冷度尚不足W形成自发形核，娃原子 优先在与娃烙体具有浸润性的巧晶溶蚀坑内结晶，达到引晶的效果，并在定向的温度梯度 下向上生长，如图4。
[0014] (4)断裂脱离步骤
[0015] 晶体生长完成后，多晶娃锭会与底部巧晶分离，通常会有部分娃晶体从娃锭底部 断裂并残留在相蜗底部，其示意图如图5所示。图6为通常情况下娃锭与巧晶断裂脱离后 娃锭底部和相蜗底部的实物图。从中可W看出，在断裂脱离步骤，娃锭必须克服一定的断裂 势垒才能从相蜗底部脱离，该就比如导致娃锭内部存在较大的应力。而为了实现较好的引 晶效果，相蜗底部的引晶颗粒应尽可能密集，而密集的引晶点必然导致断裂脱离过程娃锭 中应力的增值。
[0016] 从上述分析可W看出，目前的异质引晶无法从根本上克服粘蜗风险，而该种风险 也限制了其引晶效果的进一步提高。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的提供一种全烙高效多晶娃铸锭用巧晶，该巧晶能克服引晶过程中粘 蜗风险，能提高全烙铸锭的引晶效果。
[0018] 本发明的目的还在于提供全烙高效多晶娃铸锭用巧晶的制备方法，该制备方法工 艺简洁，成本低。
[0019] 本发明的最后一个目的是提供上述巧晶在多晶娃全烙高效铸锭中的应用。
[0020] 本发明的第一个目的是通过W下技术方案来实现的；一种全烙高效多晶娃铸锭用 巧晶，所述的巧晶为表面局部包覆有氮化娃涂层的球状SiC-Si化复合颗粒。
[0021] 本发明中的巧晶可直接铺设于相蜗底部的氮化娃涂层之上，而非固定于相蜗底部 和氮化娃涂层之间，因而可W从根本上避免粘蜗风险；由于该巧晶直接铺设于相蜗底部，颗 粒之间互相接触，因而无需控制引晶点直接间的距离，因而可实现更好的引晶效果，降低娃 锭中位错比例；由于使用表面局部包覆有氮化娃涂层的球状SiC和Si化复合材料作为巧 晶，较石英颗粒巧晶，可显著降低娃锭中下部的间隙氧含量。
[0022] 本发明所述的表面局部包覆有氮化娃涂层的球状SiC-Si〇2复合颗粒中SiC和Si〇2 的质量份配比优选为30~99:1~70。
[0023] 本发明所述的表面局部包覆有氮化娃涂层的球状SiC-Si〇2复合颗粒优选通过W 下方法制备获得；按用量关系取SiC和Si化，首先采用溶胶凝胶法将SiC和Si化制成球状 SiC-Si〇2复合颗粒，然后采用二次溶胶凝胶法在球状SiC-Si〇2复合颗粒表面局部包覆氮化 娃涂层。
[0024] 其中采用溶胶凝胶法将SiC和Si〇2制成球状SiC-Si〇2复合颗粒的过程是；按用 量关系取SiC和Si化，与有机粘结剂混匀制成溶胶，将溶胶老化成凝胶后再经造粒、筛选处 理，筛选后的颗粒在700~1000°C高温烘烤使凝胶颗粒收缩形成球状微粒，即制备得球状 SiC-Si〇2复合颗粒。其中有机粘结剂可W为聚氨醋、丙締酸树脂和醋酸己締树脂等中的一 种或几种。
[0025] 其中二次溶胶凝胶法的过程包括；（1)、将球状的SiC-Si〇2复合颗粒粘结于树脂基 板上，通过控制粘合剂的用量控制SiC-Si化复合颗在粘合剂中的埋藏深度；（2)、采用流延 法对SiC-Si化复合颗粒的暴露部分进行氮化娃涂层处理；（3)、采用氨氧火焰或酒精火焰烧 结将氮化娃涂层固定于SiC-Si化复合颗粒表面，并将树脂基板和粘合剂燃烧去除，获得目 标广品。
[0026] 其中粘合剂为聚氨醋、丙締酸树脂和醋酸己締树脂中的一种或几种，其用量一般 将SiC-Si〇2复合颗粒的40~70%部分埋藏在粘合剂中即可。
[0027] 本发明所述的表面局部包覆有氮化娃涂层的球状SiC-Si化复合颗粒的粒径优选 为 0. 1 ~5. 0mm。
[002引本发明的第二个目的是通过W下技术方案来实现的；上述全烙高效多晶娃铸锭用 巧晶的制备方法，含W下步骤；按用量关系取SiC和Si02,首先采用溶胶凝胶法将SiC和 Si02制成球状SiC-SiO 2复合颗粒，然后采用二次溶胶凝胶法在球状SiC-SiO 2复合颗粒表面 局部包覆氮化娃涂层。
[0029] 本发明的最后一个目的是通过W下技术方案来实现的：上述巧晶在多晶娃全烙高 效铸锭中的应用。
[0030] 采用本发明中的巧晶作为异质巧晶进行异质引晶，可W提供一种更加稳定、高效 的全烙多晶娃铸锭技术。
[0031] 本发明具有如下优点：
[0032] (1)本发明通过制备密度大于娃烙体