专利名称：一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法及装置。
背景技术：
目前，利用铸造法生产太阳能用多晶硅的方法受到了越来越多的关注。在铸锭过程中，尤其是高温阶段坩埚表面的SiO2会与石墨护板中的C发生反应生成CO，这样增加了炉内C含量，使SiC杂质沉淀的生成增加，铸造多晶硅中的杂质增加、缺陷密度增大，从而降
低铸造多晶硅的成品率和切片良率。局部碳沉淀产生的SiC更是电池片漏电点产生的主要原因之一，同时硅片中杂质含量高导致缺陷密度(隐晶、位错等)偏高，使得漏电流较高，转换效率偏低，降低硅锭中的碳含量成为铸造多晶硅急需解决的主要问题之一。另外，降低硅锭中的碳含量也是采用铸造法生产的准单晶硅急需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对铸锭过程中坩埚表面SiO2会与石墨护板中的C发生反应导致铸造多晶硅或准单晶硅中的C杂质增加、缺陷密度增大的问题，提供一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法，能够降低铸造多晶硅或准单晶硅中的碳含量。一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法，包括以下步骤在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中，尤其是高温阶段，抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层；使用所述多晶硅铸锭炉通过定向凝固法铸造多晶硅或准单晶硅。在其中一个实施例中，所述在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层的步骤包括在石墨护板与坩埚相对的内侧面形成氮化硅或碳化硅涂层，或者在坩埚外表面上形成氮化硅或碳化硅涂层。在其中一个实施例中，所述坩埚的外表面包括与所述石墨护板相对的侧面，所述氮化硅或碳化硅涂层设置在所述坩埚的侧面上。在其中一个实施例中，所述在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层的步骤包括在所述坩埚的外表面上设置由金属垫片及/或陶瓷层形成的隔离层，或者在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面上设置由金属垫片及/或陶瓷层形成的隔离层。在其中一个实施例中，所述隔离层可通过悬挂或螺栓固定的方式设置。在其中一个实施例中，所述的金属垫片为钨片或钥片，所述的陶瓷片为氮化硅或碳化硅陶瓷片。另外，还有必要提供一种铸造多晶硅或准单晶硅的装置，包括多晶硅铸锭炉，所述多晶硅铸锭炉内设有热交换台，所述热交换台上设有坩埚及石墨护板，所述坩埚和石墨护板之间设置有在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层。
在其中一个实施例中，所述隔离层为在所述坩埚的外表面上设置的金属垫片及/或陶瓷层，或者为在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面设置的金属垫片及/或陶瓷层。在其中一个实施例中，所述的金属垫片为钨片或钥片，所述的陶瓷片为氮化硅或碳化硅陶瓷片。在其中一个实施例中，所述隔离层为在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面上形成的氮化硅或碳化硅涂层，或为在所述坩埚的外表面上形成的氮化硅或碳化硅涂层。上述铸造多晶硅或准单晶硅的方法及装置，在坩埚和石墨护板之间设置隔离层，以在铸徒过程中抑制樹祸外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应生成CO，从而能够减少多晶硅铸锭炉内C含量，使SiC杂质沉淀的生成减少，使铸造多晶硅或准单晶硅中的C杂质减少、缺陷密度减少，进而提闻铸造多晶娃或准单晶娃的铸淀成品率、切片良率以及电池片的转换效率。
图1是本实施方式铸造多晶硅或准单晶硅的装置的结构示意图；图2是图1的局部放大图。
具体实施例方式下面以铸造多晶硅为例，说明本实施方式的铸造多晶硅或准单晶硅的方法是如何实施的。铸造多晶硅中，坩埚用以盛放硅料后放置在多晶硅铸锭炉的热交换台上，石墨护板在坩埚外侧围绕放置。坩埚的外表面包括底面和侧面，其中底面承靠于热交换台，侧面和石墨护板相对。铸锭过程中，尤其是高温阶段，坩埚侧面的SiO2容易与石墨护板中的C发生反应。由此，以下实施例的铸造多晶硅或准单晶硅的方法的构思是在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层，然后使用所述多晶硅铸锭炉通过定向凝固法铸造多晶硅或准单晶硅。定向凝固法指的是在同一个坩埚中熔炼，利用杂质元素在固相和液相中的分凝效应达到提纯之目的，同时通过单向热流控制，使坩埚中的熔体达到一定温度梯度，从而获得沿生长方向整齐排列的柱状晶组织。坩埚和石墨护板之间设置隔离层一般包括以下方式在坩埚侧面上设置隔离层、在石墨护板与坩埚相对的内侧面上设置隔离层。下面结合具体实施例说明上述构思是如何实现的。实施例1通过涂覆方法将氮化硅或碳化硅悬浮液涂覆到坩埚的外侧面或在石墨护板的相对内侧上形成氮化硅或碳化硅涂层，用作隔离层，以在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2与石墨护板中的C发生反应。涂覆方法选自喷涂、刷涂、喷洒及浸润中的一种或几种。氮化硅(或碳化硅)悬浮液是用氮化硅(或碳化硅)和水按比例配置而成，或者用硅溶胶、聚乙烯醇、氮化硅(或碳化硅)和水按比例配置而成。用此坩埚和护板装入多晶硅料，进行定向凝固生长，使用傅里叶红外光谱仪(NIC0LET6700)测试多晶硅锭中的碳含量，比未设置隔离层得到的普通硅锭中的碳含量低1. 9%，经过红外探伤测试仪(Semilab IRB-50)测试，统计得到的杂质含量比正常多晶硅锭的杂质含量低1%左右，切片良率提高4%，线痕片比例降低1. 7%。实施例2在多晶硅铸锭炉的石墨护板的内侧面上设置金属垫片、陶瓷层，如钥片，钨片，氮化硅或者碳化硅陶瓷垫片等，用作隔离层，可通过悬挂或者螺栓固定的方式固定在石墨护板的内侧，以在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2与石墨护板中的C发生反应，悬挂或者螺栓固定的方式使得隔离层可根据需要调整为固定式或可拆卸式。装入多晶硅料定向凝固生长，使用傅里叶红外光谱仪(NIC0LET6700)测试生长得到的多晶硅锭中的碳含量，比未设置隔离层得到的普通硅锭中的碳含量低2. 0%，经过红外探伤测试仪(Semilab IRB-50)测试，统计得到的杂质含量可比正常多晶硅锭的杂质含量低1. 1%左右，切片良率提高4. 1%，线痕片比例降低1.8%。实施例3
隔离层可以设置在坩埚上的外表面上，可以是金属垫片、陶瓷层，如钥片，钨片，氮化硅或者碳化硅陶瓷垫片等，用以在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2与石墨护板中的C发生反应。装入多晶硅料定向凝固生长，使用傅里叶红外光谱仪(NIC0LET6700)测试生长得到的多晶硅锭中的碳含量，比未设置隔离层得到的普通硅锭中的碳含量低2. 2%，经过红外探伤测试仪(Semilab IRB-50)测试，统计得到的杂质含量比正常多晶硅锭杂质含量低1. 3%左右，切片良率提高4. 3%，线痕片比例降低1. 8%。可以理解，上述方法不仅适用于铸造多晶硅，还适用于铸造准单晶硅，只要设置隔离层，就能够降低铸造准单晶硅中的碳含量。请参考图1和图2，本实施方式还提供了一种铸造多晶硅或准单晶硅的装置，其包括一个多晶硅铸锭炉。多晶硅铸锭炉内设有热交换台110，热交换台110上放置坩埚120及石墨护板130。坩埚120与石墨护板130之间设置隔离层140。隔离层140可以设置在坩埚120外表面上，也可以设置在石墨护板130的内侧，隔离层140可以是氮化硅或碳化硅涂层，也可以是金属垫片及/或陶瓷层，此处不再赘述。利用本实施方式的铸造多晶硅或准单晶硅的装置，通过定向凝固法铸造多晶硅或准单晶硅，由于隔离层140的存在，可以降低铸造多晶硅或准单晶硅中的碳含量。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。
权利要求
1.一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，包括以下步骤在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层；使用所述多晶硅铸锭炉通过定向凝固法铸造多晶硅或准单晶硅。
2.根据权利要求1所述的铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，所述在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的 C发生反应的隔离层的步骤包括在石墨护板与坩埚相对的内侧面形成氮化硅或碳化硅涂层，或者在坩埚外表面上形成氮化硅或碳化硅涂层。
3.根据权利要求2所述的铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，所述坩埚的外表面包括与所述石墨护板相对的侧面，所述氮化硅或碳化硅涂层设置在所述坩埚的侧面上。
4.根据权利要求1所述的铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，所述在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的3102和石墨护板中的C 发生反应的隔离层的步骤包括在所述坩埚的外表面上设置由金属垫片及/或陶瓷层形成的隔离层，或者在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面上设置由金属垫片及/或陶瓷层形成的隔离层。
5.根据权利要求4所述的铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，所述隔离层可通过悬挂或螺栓固定的方式设置。
6.根据权利要求4或5所述的铸造多晶硅或准单晶硅的方法，其特征在于，所述的金属垫片为钨片或钥片，所述的陶瓷片为氮化硅或碳化硅陶瓷片。
7.—种铸造多晶硅或准单晶硅的装置，包括多晶硅铸锭炉，所述多晶硅铸锭炉内设有热交换台，所述热交换台上设有坩埚及石墨护板，其特征在于所述坩埚和石墨护板之间设置有在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层。
8.根据权利要求7所述的铸造多晶硅或准单晶硅的装置，其特征在于，所述隔离层为在所述坩埚的外表面上设置的金属垫片及/或陶瓷层，或者为在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面设置的金属垫片及/或陶瓷层。
9.根据权利要求8所述的铸造多晶硅或准单晶硅的装置，其特征在于，所述的金属垫片为钨片或钥片，所述的陶瓷片为氮化硅或碳化硅陶瓷片。
10.根据权利要求7所述的铸造多晶硅或准单晶硅的装置，其特征在于，所述隔离层为在所述石墨护板与坩埚相对的内侧面上形成的氮化硅或碳化硅涂层，或为在所述坩埚的外表面上形成的氮化硅或碳化硅涂层。
全文摘要
本发明涉及一种铸造多晶硅或准单晶硅的方法，包括以下步骤在多晶硅铸锭炉的坩埚和石墨护板之间设置在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应的隔离层；使用所述多晶硅铸锭炉通过定向凝固法铸造多晶硅或准单晶硅。另外还提出一种铸造多晶硅或准单晶硅的装置。上述铸造多晶硅或准单晶硅的方法及装置，在坩埚和石墨护板之间设置隔离层，以在铸锭过程中抑制坩埚外表面的SiO2和石墨护板中的C发生反应生成CO，从而能够减少多晶硅铸锭炉内C含量，使SiC杂质沉淀的生成减少，使铸造多晶硅或准单晶硅中的C杂质减少、缺陷密度减少，进而提高铸造多晶硅或准单晶硅的铸锭成品率、切片良率以及电池片的转换效率。
文档编号C30B29/06GK102995104SQ20121051267
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者郑玉芹, 朱常任, 胡亚兰, 武鹏, 周之燕 申请人:江苏协鑫硅材料科技发展有限公司