一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法
【专利摘要】本发明公开了一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，包括步骤：一、熔化及排杂，过程如下：101、熔化：采用多晶硅铸锭炉对装于坩埚内的硅料进行熔化，并向多晶硅铸锭炉内充入惰性气体进行保压；102、降压排杂；103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉的气压进行升压，再对硅料继续熔化，并通过调整顶部加热器和/或四个侧部加热器的加热功率使0.8≤c＜1，c为多晶硅铸锭炉的顶侧比系数；二、长晶及同步排杂：通过调整顶部加热器和/或四个侧部加热器的加热功率使0.3≤c＜0.9。本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果，通过熔料后期同步排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂有效减少铸锭成品的硬质点，能有效提高铸锭成品的质量。
【专利说明】
-种多晶括半膝铸锭用排杂方法
技术领域
[0001] 本发明属于多晶娃铸锭技术领域，尤其是设及一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法。
【背景技术】
[0002] 光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发 展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏娃片是生产太阳能电 池和组件的基本材料，用于生产光伏娃片的多晶娃纯度必须在6N级W上（即非娃杂质总含 量在IppmW下），否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶娃片生产技术 有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4(每个娃锭重约270公斤，可切4 X 4= 16个娃方)进步到 G5(5 X 5 = 25个娃方），然后又进步到G6(6 X 6 = 36个娃方）。并且，所生产多晶娃铸锭的单位 体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶娃铸锭的制造成本逐步降低。实际生产过程 中，太阳能多晶娃铸锭时，需使用石英相蜗来填装娃料，且将娃料投入石英相蜗后，通常情 况下还需经预热、烙化(也称烙料）、长晶(也称定向凝固结晶）、退火、冷却等步骤，才能完成 多晶娃铸锭过程。目前，光伏产业技术行业中，多晶娃锭铸造技术的改善是降低电池成本的 主要途径之一。铸造多晶娃中包含杂质和氧都会形成硬质点等杂质并影响太阳能电池的转 换效率。
[0003] 目前，多晶娃铸锭方法主要有半烙铸锭法和全烙铸锭法两种。其中，半烙铸锭法 (也称为有巧晶铸锭多晶娃法、有巧晶高效多晶娃技术、半烙高效法等），是指采用毫米级娃 料作为形核中屯、进行外延生长，铸造低缺陷高品质的多晶娃铸锭;全烙铸锭法(也称为无巧 晶铸锭多晶娃法、无巧晶高效多晶娃技术、全烙高效法等），是指采用非娃材料在相蜗底部 制备表面粗糖的异质形核层，通过控制形核层的粗糖度与形核时过冷度来获得较大形核 率，铸造低缺陷高品质多晶娃铸锭。有巧晶高效多晶娃技术是娃材料的外延生长，而无巧晶 局效多晶娃技术是一种异质形核；虽然两者都可W获得局品质的小晶粒局效多晶娃铸锭， 但是由于形核机理不同，两种技术生长的晶体娃存在一定的差异。
[0004] 采用半烙铸锭法进行多晶娃铸锭过程中，使用多晶娃碎片铺在相蜗底部作为巧 晶，在烙化过程中控制娃料的烙化速度，在烙化结束步骤中保证底部剩余1cm~2cm厚的娃 料，剩余的娃料作为长晶所需的引晶材料。实验结果表明：半烙铸锭法可W减少娃锭底部晶 花尺寸，降低娃锭内部晶格位错比例，而且半烙铸锭过程中娃锭长晶过程基本能保持竖直 方向生长，测试结果显示半烙铸锭法的娃锭转换效率比同等条件下的全烙铸锭法的娃锭转 换效率高。目前，太阳能多晶娃铸锭的半烙铸锭工艺W其晶花好等优点受到市场的一致推 广，然而半烙铸锭工艺中由于相蜗侧部的娃料没有烙完，原料中的杂质和氧没有得到有效 的排杂，导致运些杂质在铸锭过程中形成硬质点，对产品的质量有很大的影响。现有的半烙 铸锭工艺能做到将铸锭成品的硬质点控制在3%~5%百分点，波动范围较大，并且运个数 据是毛方探伤的数据，准方数据更高且硬质点比例达5% W上。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶娃半 烙铸锭用排杂方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果，通过烙料后期同步 排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂有效减少铸锭成品的硬质点，能有效提高铸锭成品的 质量。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多晶娃半烙铸锭用排杂方 法，其特征在于，该方法包括W下步骤：
[0007] 步骤一、烙化及排杂，过程如下：
[000引步骤101、烙化:将多晶娃铸锭炉内位于相蜗上方的顶部加热器和四个分别布设在 相蜗的四个侧壁外侧的侧部加热器均开启后，按照常规的多晶娃半烙铸锭法，采用多晶娃 铸锭炉对装于相蜗内的娃料进行烙化，烙化溫度为T1~T2;其中，T1 = 1125°C~1285°C，T2 = 1530°C ~1550。。
[0009] 步骤101中进行烙化过程中，向多晶娃铸锭炉内充入惰性气体并将多晶娃铸锭炉 内气压保持在Q1，其中Q1 = 550mbar~650mbar;
[0010] 步骤102、降压排杂，过程如下：
[0011] 步骤1021、降压:将多晶娃铸锭炉的加热溫度控制在T2,并将多晶娃铸锭炉的气压 由Q1降至Q2，降压时间为8min~12min;其中，Q2 = SSOmbar~450mba;r;
[0012] 步骤1022、保压:将多晶娃铸锭炉的加热溫度控制在T2,并将多晶娃铸锭炉内气压 保持在Q2,保压时间为lOmin~60min;
[0013] 步骤103、烙化后期排杂:先将多晶娃铸锭炉的气压由Q2升至Q1，再采用多晶娃铸 锭炉对装于相蜗内的娃料继续烙化，继续烙化时间为15min~40min;
[0014] 继续烙化过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使 0.8《C < 1，并使多晶娃铸锭炉的加热溫度从T2逐步降至T3;其中，T3为多晶娃结晶溫度且 T3 = 1420°C ~1440。。
[0015] 其中，C为多晶娃铸锭炉的顶侧比系数且
，Cding为顶部加热器的功率比系 数且
，Pd为顶部加热器的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器的最大加热功率；
Pc为侧部加热器的实际加热功率，Pemax为侧部加热器的最大加热功率;Pdmax < Pcmax ;
[0016] 步骤二、长晶及同步排杂:步骤一中烙化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入 长晶过程;长晶过程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使0.3 《c<0.9。
[0017] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一中所述顶部加热器通过 第一电极与顶部加热电源连接，四个所述侧部加热器均通过第二电极与侧部加热电源连 接;所述顶部加热电源和侧部加热电源均与加热功率调节装置连接，所述加热功率调节装 置为对顶部加热电源和侧部加热电源的输出功率分别进行调节的功率调节装置。
[0018] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一和步骤二中四个所述侧 部加热器的加热功率均相同；。
[0019] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤一和步骤二中所述顶部加 热器的实际加热功率为70kW~90kW;步骤一中所述Pdmax的150kW~180kW，Pcmax = 220kW~ 260kW。
[0020] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是:步骤101中进行烙化时，包括W 下步骤：
[0021] 步骤1011、升溫:将多晶娃铸锭炉的加热溫度从T1逐步升高至T2;升溫过程中，所 述多晶娃铸锭炉内气压保持在Q1;其中Q1 = 550mbar~650mbar;
[0022] 本步骤中，所述多晶娃铸锭炉的顶侧比系数c = l;
[0023] 步骤1012、第一次保溫:将多晶娃铸锭炉的加热溫度控制在T2,并保溫4h~化;保 溫过程中，所述多晶娃铸锭炉内气压保持在Q1;
[0024] 本步骤中，所述多晶娃铸锭炉的顶侧比系数c = l;
[0025] 步骤1013、第二次保溫:将多晶娃铸锭炉的加热溫度控制在T2,并保溫lOh~14h; 保溫过程中，所述多晶娃铸锭炉内气压保持在Q1;
[0026] 本步骤中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使0.9《c <1.3。
[0027] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是:步骤1013中进行第二次保溫过 程中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使C从1.2逐渐降低至 0.95。
[0028] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤103中烙化后期排杂过程 中，通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使C从0.95逐渐降低至 0.8 〇
[0029] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤二中进行长晶及同步排杂 之前，先将多晶娃铸锭炉的加热溫度从T3降至T4，其中T4 = 1410°C~1430°C ;
[0030] 步骤二中进行长晶及同步排杂时，包括W下步骤：
[0031] 步骤201、前期长晶及同步除杂：将多晶娃铸锭炉的加热溫度从T4逐步升至T3,并 通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使C从C1逐渐降低至C0;其中C1 =0.8~0.9，。〇 = 0.3~0.6;前期长晶时间为1011~1511;
[0032] 步骤202、后期长晶及同步除杂：将多晶娃铸锭炉的加热溫度从T3逐步降至T5,并 通过调整顶部加热器和/或四个所述侧部加热器的加热功率，使C从C0逐渐增至1;其中巧= 1405°C~1425°C ;后期长晶时间为2她~35h。
[0033] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是：步骤二中进行长晶及同步排杂 过程中，长晶速率控制在lOmm/h~13mm/h。
[0034] 上述一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，其特征是:步骤101中进行烙化时，待相蜗 内侧底部娃料的厚度为13mm~20mm时，烙化完成。
[0035] 本发明与现有技术相比具有W下优点：
[0036] 1、设计合理且处理工艺步骤简单，易于掌握。
[0037] 2、投入成本低且实现方便。
[0038] 3、使用操作简便，烙化后期和长晶过程中通过调整顶部加热器和侧部加热器的加 热功率达到有效排杂的目的。并且，控制简便且实现方便，在烙化后期和长晶过程中通过调 整顶部加热器和侧部加热器的加热功率控制多晶娃铸锭炉的顶侧比系数，同时在长晶过程 中控制长晶速率即可。
[0039] 4、长晶过程设计合理，长晶过程中通过控制长晶速率和顶侧比系数，达到边长晶 边排杂的目的，能有效降低铸锭产品中的硬质点，并能将准方探伤的硬质点数据稳定降到 1% W 内。
[0040] 5、烙化过程简便且易于掌握，先将多晶娃铸锭炉的加热溫度逐步升高至多晶娃的 烙化溫度，再控制多晶娃铸锭炉的加热溫度不变进行第一次保溫且保溫地~化，之后控制 多晶娃铸锭炉的加热溫度不变进行第二次保溫且保溫lOh~14h;然后进入降压排杂，先迅 速降低炉内气压，而快速降低气压有助于快速排出杂质气体，抑制含碳气体与娃烙液的接 触和吸附；同时有助于进一步促进娃液的烙化;迅速降低炉内气压后，再保压10~60min过 程中使得气体中含碳杂质不再在炉体内循环，增强了烙体和烙体表面的对流，使其充分排 杂，杂质随着气流排出炉体，因而采用降压排杂能有效降低炉腔内部杂质，在长晶阶段易于 得到更高纯净晶体生长环境，能够有效降低娃锭生长过程（即长晶阶段）中的碳含量，从而 使生长的娃锭有较高的质量，并能有效减少硬质点的产生从而提高娃锭成品率，并减少娃 片切割断线率，提高太阳能电池片成品率及转换效率;降压排杂完成后，进入烙化后期排杂 过程，具体是采用多晶娃铸锭炉对装于相蜗内的娃料进行继续烙化，继续烙化时间为15min ~40min。烙化后期排杂过程完成后，烙化过程结束。烙化过程设计合理、实现方便且使用效 果好，可有效改善长晶质量，降低粘蜗率，提高太阳能电池片的转换效率，能有效提高成品 率。同时，能准确烙化到长晶阶段的切换时机，杜绝了由于烙料时间不足或烙料时间过长造 成的多晶娃铸锭质量下降、成本上升等问题。并且，采用本发明对多晶娃铸锭过程中烙料至 长晶的切换时机进行准确把握后，能确保长晶的质量和最终制成电池片的转换效率。同时， 烙化后期液面平整。
[0041] 6、排杂方法简单、设计合理且排杂效果好，包括=次排杂过程，分别为烙料后期同 步排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂;其中，烙化后期通过调整顶部加热器和侧部加热器 的加热功率控制顶侧比系数进行同步排杂，降压排杂通过降压及保压有效降低炉腔内部杂 质并相应降低娃锭生长过程中的碳含量实现排杂，同时在长晶过程中通过控制长晶速率和 顶侧比系数，实现边长晶边排杂，起到=次排杂的作用。与现有多晶娃半烙铸锭工艺采用的 先排杂后长晶方式相比，本发明不需要更改多晶娃铸锭炉内的加热器结构，操作简单，只需 更改工艺参数即可达到有效排杂和提高产品质量的目的，能将准方探伤的硬质点数据稳定 降到1%W内。因而，本发明所采用的排杂工艺能够有效降低娃料中的杂质含量，从而使生 长的娃锭有较高的质量，并能有效减少硬质点的产生从而提高娃锭成品率，并减少娃片切 割断线率，提高娃锭的成品率及太阳能电池片的整体转换效率，该排杂方法操作方便、实用 性强，便于批量生产。
[0042] 7、多晶娃铸锭炉内加热器采用双电源进行单独控制，不需要更改多晶娃铸锭炉内 的加热器结构，投入成本低且实现方便，顶部加热器和侧部加热器采用各自独立的电源，顶 部加热器和侧部加热器能进行单独控制且二者的加热功率能分开单独进行控制，此时控制 方式具有W下优点：第一、更加节能，不必须顶部加热器和侧部加热器采用同样的加热功 率，从而达到减少加热电力的目的，同时能有效减少单位时间内冷却水带走的热量，从而间 接地减少了动力制冷设备的负荷;第二、能更好地控制热场，由于顶部加热器和侧部加热器 能进行单独控制，能简便实现顶部加热器和侧部加热器分开加热的目的，从而能达到有效 控制热场的目的；第=、对于晶体生长过程具有很大的改善作用，有利于在多晶娃铸锭炉内 部形成更均匀的垂直梯度热场，从而更好地控制长晶速率，使得长晶界面更加平缓，从而减 少阴影、红区等不利因素，加热效果更佳;第四、能有效减轻主线路上承载的负荷，有效减少 主线路上的电流叠加量，从而减少线路负载量，对于母线和配电室有一定的保护作用；第 五、能延长内部热场的使用寿命。
[0043] 8、长晶过程控制简单、实现方便且使用效果好，不仅简化多晶娃铸锭长晶工艺的 步骤，使整个长晶过程中溫度控制更趋于稳定状态，能达到节省能源的目的，同时在长晶过 程中能同步进行排杂，能有效改善长晶质量，降低硬质点，降低粘蜗率，提高太阳能电池片 的转换效率，该方法操作方便、实用性强，便于批量生产。同时，长晶过程中对长晶速度进行 合理控制，且合理控制长晶过程后，能确保长晶的质量和制成电池片的转换效率。因而，本 发明所采用的长晶工艺更加稳定了娃锭生长过程，为长晶过程提供了较好的环境，避免长 晶过程中造成的微缺陷，增强了实用性，便于批量生产。
[0044] 9、实用性强，便于批量生产。
[0045] 综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果，通过烙料后期 同步排杂、降压排杂与长晶过程同步排杂有效减少铸锭成品的硬质点，能有效提高铸锭成 品的质量。
[0046] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0047] 图1为本发明的方法流程框图。
[0048] 图2为本发明多晶娃铸锭炉内顶部加热器与侧部加热器的布设位置示意图。
[0049] 图3为本发明顶部加热器、侧部加热器与加热功率调节装置的电路原理框图。
[0050] 附图标记说明：
[0051] 1-相蜗； 2-顶部加热器； 2-1-顶部加热电源；
[0化2] 3-多晶娃铸锭炉；4-侧部加热器； 4-1-侧部加热电源；
[0053] 5-DS块； 6-加热功率调节装置；7-相蜗护板；
[0054] 8-保溫筒； 9-托杆。
【具体实施方式】 [0化5] 实施例1
[0056] 如图1所示的一种多晶娃半烙铸锭用排杂方法，包括W下步骤：
[0057] 步骤一、烙化及排杂，过程如下：
[005引步骤101、烙化:将多晶娃铸锭炉3内位于相蜗1上方的顶部加热器2和四个分别布 设在相蜗1的四个侧壁外侧的侧部加热器4均开启后，按照常规的多晶娃半烙铸锭法，采用 多晶娃铸锭炉3对装于相蜗1内的娃料进行烙化，烙化溫度为T1~T2;其中，T1 = 1200°C，T2 = 1540。。
[0059]步骤101中进行烙化过程中，向多晶娃铸锭炉3内充入惰性气体并将多晶娃铸锭炉 3内气压保持在Q1，其中Q1 = eOOmbar;
[0060] 步骤102、降压排杂，过程如下：
[0061 ]步骤1021、降压:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度控制在T2，并将多晶娃铸锭炉3的气 压由Q1降至Q2,降压时间为lOmin;其中，Q2 = 400mbar;
[0062] 步骤1022、保压:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度控制在T2,并将多晶娃铸锭炉3内气 压保持在Q2,保压时间为30min;
[0063] 步骤103、烙化后期排杂:先将多晶娃铸锭炉3的气压由Q2升至Q1，再采用多晶娃铸 锭炉3对装于相蜗1内的娃料继续烙化，继续烙化时间为35min;
[0064] 继续烙化过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率， 使0.8《c< 1，并使多晶娃铸锭炉3的加热溫度从T2逐步降至T3;其中，T3为多晶娃结晶溫度 且 T3 = 1430°C;
[0065] 其中，C为多晶娃铸锭炉3的顶侧比系数J ，cding为顶部加热器2的功率比 系数i
Pd为顶部加热器2的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器2的最大加热功 率
，P。为侧部加热器4的实际加热功率，Pemax为侧部加热器4的最大加热功率； P dmax P cmax ；
[0066] 步骤二、长晶及同步排杂:步骤一中烙化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入 长晶过程;长晶过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使 0.3《c<0.9。
[0067] 实际使用时，步骤103中将多晶娃铸锭炉3的气压由Q2升至Q1时，升压时间为8min ~12min。
[0068] 实际使用过程中，可根据具体需要，对T1、T2和T3的大小进行相应调整。其中，T2为 多晶娃烙化溫度。并且，能根据具体需要，对步骤101中的烙化时间和步骤102中的继续烙化 时间分别进行相应调整。
[0069] 目前，多晶娃铸锭方法主要有半烙铸锭法和全烙铸锭法两种，半烙铸锭法也称为 有巧晶铸锭多晶娃法，是指采用毫米级娃料作为形核中屯、进行外延生长，铸造低缺陷高品 质的多晶娃铸锭;全烙铸锭法也称为无巧晶铸锭多晶娃法或无巧晶高效多晶娃技术，是指 采用非娃材料在相蜗底部制备表面粗糖的异质形核层，通过控制形核层的粗糖度与形核时 过冷度来获得较大形核率，铸造低缺陷高品质多晶娃铸锭。本实施例中，步骤一中进行烙化 之前，先按照常规半烙铸锭法的装料方法进行装料。如图2所示，装料完成后，将相蜗1放置 于多晶娃铸锭炉3内的DS块5上。其中，DS块5为石墨块，所述石墨块的导热性很强。所述DS块 5也称为定向固化块或DS-BL0CK。所述多晶娃铸锭炉3内设置有保溫筒8。之后，再按照常规 半烙铸锭法的预热方法对相蜗1内的娃料进行预热。预热完成后，再开始进行烙化。
[0070] 本实施例中，所述多晶娃铸锭炉3为G5型铸锭炉。并且，所述多晶娃铸锭炉3具体为 浙江晶盛机电股份有限公司生产的G5型铸锭炉。所述相蜗1为石英相蜗且其为G5相蜗，并且 生产出来的多晶娃铸锭为G5锭。
[0071] 实际使用时，所述石英相蜗的装料量为600kg左右。
[0072] 本实施例中，所述石英相蜗的装料量为560kg。实际使用过程中，可W根据具体需 要，对所述石英相蜗的装料量进行相应调整。
[0073] 本实施例中，如图2、图3所示，步骤一中所述顶部加热器2通过第一电极与顶部加 热电源2-1连接，四个所述侧部加热器4均通过第二电极与侧部加热电源4-1连接;所述顶部 加热电源2-1和侧部加热电源4-1均与加热功率调节装置6连接，所述加热功率调节装置6为 对顶部加热电源2-1和侧部加热电源4-1的输出功率分别进行调节的功率调节装置。
[0074] 所述顶部加热电源2-1和侧部加热电源4-1均为功率可调节电源，并且顶部加热器 2和四个所述侧部加热器4分别采用两个不同的电源（即所述顶部加热电源和所述侧部加热 电源），能实现顶部加热器2和侧部加热器4的单独控制，使用操作简便且使用效果好。
[0075] 本实施例中，所述加热功率调节装置6中包括两个加热功率调节设备，两个所述加 热功率调节设备分别为对顶部加热器2的加热功率进行调节的第一加热功率调节设备和对 四个所述侧部加热器4的加热功率进行同步调节的第二加热功率调节设备。
[0076] 实际使用时，两个所述加热功率调节设备也可W共用一个所述加热功率调节设 备，只需能达到对两个所述电源分别进行控制的目的即可。
[0077] 本实施例中，所述顶部加热器2和侧部加热器4均为现有多晶娃铸锭炉采用的现有 加热器，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的结构和布设位置均为现有多晶娃铸锭 炉相同。每个所述侧部加热器4均与位于其内侧的相蜗1的侧壁呈平行布设。
[0078] 所述相蜗1的四个侧壁外侧均设置有相蜗护板7,所述侧部加热器4位于相蜗护板7 外侧;所述相蜗护板7为呈竖直向布设的石墨板。
[0079] 同时，所述相蜗1下方还设置有托杆9。
[0080] 实际安装时，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4均通过吊装件吊装在多晶 娃铸锭炉3的顶盖上。
[0081] 本实施例中，步骤一和步骤二中四个所述侧部加热器4的加热功率均相同；步骤一 中进行烙化及后期排杂过程中，向多晶娃铸锭炉3内充入惰性气体并将多晶娃铸锭炉3内气 压保持在Q1，其中Q1 = eOOmbar。
[0082] 实际使用过程中，可根据具体需要，对Q1的取值大小进行相应调整。
[0083] 同时，步骤二中进行长晶及同步排杂过程中，向多晶娃铸锭炉3内充入惰性气体并 将多晶娃铸锭炉3内气压保持在Q1。
[0084] 实际使用时，步骤一和步骤二中所述顶部加热器2的实际加热功率为70kW~90kW; 步骤一中所述 Pdmax 的 150kW ~180kW，Pcmax = 220kW ~260kW。
[0085] 本实施例中，步骤一中所述Pdmax的160kW，Pcmax=240kW。实际使用过程中，可根据具 体需要，对Pdmax和Ptmax的取值大小分别进行相应调整。
[0086] 本实施例中，步骤101中进行烙化时，包括W下步骤：
[0087] 步骤1011、升溫:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度从T1逐步升高至T2;升溫过程中，所 述多晶娃铸锭炉3内气压保持在Q1;其中Q1 = 550mbar~650mbar;
[0088] 本步骤中，所述多晶娃铸锭炉3的顶侧比系数c = l;
[0089] 步骤1012、第一次保溫:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度控制在T2，并保溫4h~化;保 溫过程中，所述多晶娃铸锭炉3内气压保持在Q1;
[0090] 本步骤中，所述多晶娃铸锭炉3的顶侧比系数c = l;
[0091] 步骤1013、第二次保溫:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度控制在T2，并保溫lOh~14h; 保溫过程中，所述多晶娃铸锭炉3内气压保持在Q1;
[0092] 本步骤中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使0.9 《c<1.3。
[0093] 本实施例中，步骤101中进行烙化时，待相蜗1内侧底部娃料的厚度为13mm~20mm 时，烙化完成。
[0094] 实际使用时，步骤101中进行烙化时，也可W采用常规半烙铸锭法的烙料方法。 [00M]本实施例中，步骤1013中进行第二次保溫过程中，通过调整顶部加热器2和/或四 个所述侧部加热器4的加热功率，使C逐步降低；
[0096] 并且，步骤1013中进行第二次保溫过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述 侧部加热器4的加热功率，使C从1.2逐渐降低至0.95。
[0097] 实际使用过程中，步骤1013中进行第二次保溫过程中，也可W通过调整顶部加热 器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C从1.3逐渐降低至0.9。
[0098] 本实施例中，步骤103中烙化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所 述侧部加热器4的加热功率，使C逐渐降低。
[0099] 并且，步骤103中烙化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部 加热器4的加热功率，使C从0.95逐渐降低至0.8。
[0100] 实际使用过程中，步骤103中烙化后期排杂过程中，也可W通过调整顶部加热器2 和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C从1逐渐降低至0.8。
[0101 ]本实施例中，本实施例中，步骤103中烙化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器2 和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C逐渐降低。
[0102] 并且，步骤103中烙化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部 加热器4的加热功率，使C从0.95逐渐降低至0.8。
[0103] 实际使用过程中，步骤103中烙化后期排杂过程中，也可W通过调整顶部加热器2 和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C从1逐渐降低至0.8。
[0104] 本实施例中，步骤二中进行长晶及同步排杂之前，先将多晶娃铸锭炉3的加热溫度 从T3降至T4,其中T4 = 1420°C;
[0105] 并且，将多晶娃铸锭炉3的加热溫度从T3降至T4的降溫时间为化~化。
[0106] 步骤二中进行长晶及同步排杂时，包括W下步骤：
[0107] 步骤201、前期长晶及同步除杂:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度从T4逐步升至T3,并 通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C从C1逐渐降低至C0;其中 。1 = 0.8，(3日=0.5;前期长晶时间为1211;
[0108] 步骤202、后期长晶及同步除杂:将多晶娃铸锭炉3的加热溫度从T3逐步降至巧，并 通过调整顶部加热器2和/或四个所述侧部加热器4的加热功率，使C从C0逐渐增至1;其中T5 = 1415°C;后期长晶时间为3化。
[0109] 本实施例中，步骤二中进行长晶及同步排杂过程中，长晶速率控制在12mmA。
[0110] 并且，步骤二中进行长晶及同步排杂过程中，根据所控制的长晶速率，对提笼高度 进行确定。
[0111] 本实施例中，所述惰性气体为氣气。
[0112]本实施例中，所加工成型多晶娃铸锭的表面无杂质，无粘蜗现象，铸锭底部含氧量 降低62 % W上，少子寿命> 5.加 S (微秒），硬质点比例<0.5 %，成品率为86 %。
[011引实施例2
[0114] 本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述Pdmax的1 50kW，Pcmax = 220kW ;步骤 101中1'1 = 1125°(：^2 = 1530°(：，步骤1012中进行第一次保溫时保溫化，步骤1013中进行第 二次保溫时保溫14h;步骤1021中Q2 = 350mbar，降压时间为12min，步骤1022中保压时间为 60min;步骤103中继续烙化时间为40111111^3=1420°(：;步骤二中14=1410°(：，步骤201中(31 =0.9，C0 = 0.6，前期长晶时间为15h;步骤202中T5 = 1405°C，后期长晶时间为35h;步骤二 中长晶速率控制在lOmm/h;步骤一和步骤二中所述的Q1 = 550mba;r。
[0115] 本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0116] 本实施例中，所加工成型多晶娃铸锭的表面无杂质，无粘蜗现象，铸锭底部含氧量 降低65 % W上，少子寿命> 5.加 S (微秒），硬质点比例<0.5 %，成品率为82 %。
[0117] 实施例3
[01 1引本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述Pdmax的180kW，P?ax = 260kW;步骤 101中1'1 = 1285°(：^2 = 1550°(：，步骤1012中进行第一次保溫时保溫地，步骤1013中进行第 二次保溫时保溫lOh;步骤1021中Q2 = 450mbar，降压时间为8min，步骤1022中保压时间为 lOmin;步骤103中继续烙化时间为15111111^3=1440°(：;步骤二中14=1430°(：，步骤201中(31 =0.8，C0 = 0.3，前期长晶时间为1 Oh;步骤202中T5 = 1425°C，后期长晶时间为2她;步骤二 中长晶速率控制在13mm/h;步骤一和步骤二中所述的Q1 =650mba;r。
[0119] 本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0120] 本实施例中，所加工成型多晶娃铸锭的表面无杂质，无粘蜗现象，铸锭底部含氧量 降低70 % W上，少子寿命> 5.加 S (微秒），硬质点比例<0.5 %，成品率为78 %。
[0121] W上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、变更W及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤一、熔化及排杂，过程如下： 步骤101、熔化:将多晶硅铸锭炉（3)内位于坩埚（1)上方的顶部加热器(2)和四个分别 布设在坩埚（1)的四个侧壁外侧的侧部加热器(4)均开启后，按照常规的多晶硅半熔铸锭 法，采用多晶硅铸锭炉(3)对装于坩埚（1)内的硅料进行熔化，熔化温度为T1~T2;其中，T1 =1125 °C ~1285 °C，T2 = 1530 °C ~1550 °C ; 步骤101中进行熔化过程中，向多晶硅铸锭炉（3)内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉 (3)内气压保持在Q1，其中Ql = 550mbar~650mbar; 步骤102、降压排杂，过程如下： 步骤1021、降压:将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)的气 压由Q1降至Q2，降压时间为8min~12min;其中，Q2 = 350mbar~450mbar; 步骤1022、保压:将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并将多晶硅铸锭炉(3)内气 压保持在Q2,保压时间为lOmin~60min; 步骤103、熔化后期排杂：先将多晶硅铸锭炉（3)的气压由Q2升至Q1，再采用多晶硅铸锭 炉(3)对装于；t甘埚（1)内的娃料继续恪化，继续恪化时间为15min~40min; 继续熔化过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率， 使0.8 < c < 1，并使多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T2逐步降至T3;其中，T3为多晶硅结晶温 度且 T3 = 1420°C ~1440°C; 其中，c为多晶硅铸锭炉（3)的顶侧比系数且，cding为顶部加热器(2)的功率比 系数且，Pd为顶部加热器(2)的实际加热功率，Pdmax为顶部加热器(2)的最大加 热功率；，P。为侧部加热器(4)的实际加热功率，P_x为侧部加热器(4)的最大加热 功率；Pdmax<P cmax ； 步骤二、长晶及同步排杂:步骤一中熔化及排杂完成后，开始进行定向凝固并进入长晶 过程;长晶过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使 0.3^；c<0.9〇2. 按照权利要求1所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于:步骤一中所述 顶部加热器(2)通过第一电极与顶部加热电源(2-1)连接，四个所述侧部加热器(4)均通过 第二电极与侧部加热电源(4-1)连接;所述顶部加热电源(2-1)和侧部加热电源(4-1)均与 加热功率调节装置(6)连接，所述加热功率调节装置(6)为对顶部加热电源(2-1)和侧部加 热电源(4-1)的输出功率分别进行调节的功率调节装置。3. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤一和 步骤二中四个所述侧部加热器(4)的加热功率均相同；。4. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤一和 步骤二中所述顶部加热器(2)的实际加热功率为70kW~90kW;步骤一中所述?<^\的150娜~ 180kW，P_x = 220kW ~260kW。5. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于:步骤101中 进行熔化时，包括以下步骤： 步骤1011、升温:将多晶硅铸锭炉(3)铸锭炉的加热温度从T1逐步升高至T2;升温过程 中，所述多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q1;其中Ql = 550mbar~650mbar; 本步骤中，所述多晶硅铸锭炉(3)的顶侧比系数c = 1; 步骤1012、第一次保温:将多晶硅铸锭炉（3)的加热温度控制在T2，并保温4h~8h;保温 过程中，所述多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q1; 本步骤中，所述多晶硅铸锭炉(3)的顶侧比系数c = 1; 步骤1013、第二次保温:将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度控制在T2，并保温1 Oh~14h;保 温过程中，所述多晶硅铸锭炉(3)内气压保持在Q1; 本步骤中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使0.9 ^c<1.3〇6. 按照权利要求5所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于:步骤1013中进 行第二次保温过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率， 使c从1.2逐渐降低至0.95。7. 按照权利要求6所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤103中熔 化后期排杂过程中，通过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使 c从0.95逐渐降低至0.8。8. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤二中 进行长晶及同步排杂之前，先将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T3降至T4，其中T4 = 1410 °C ~1430。。； 步骤二中进行长晶及同步排杂时，包括以下步骤： 步骤201、前期长晶及同步除杂:将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T4逐步升至T3,并通 过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使cWC1逐渐降低至其 中ci = 0.8~0.9，c〇 = 0.3~0.6;前期长晶时间为10h~15h; 步骤202、后期长晶及同步除杂:将多晶硅铸锭炉(3)的加热温度从T3逐步降至T5,并通 过调整顶部加热器(2)和/或四个所述侧部加热器(4)的加热功率，使(:从⑶逐渐增至1;其中 T5 = 1405°C~1425°C ;后期长晶时间为28h~35h。9. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于：步骤二中 进行长晶及同步排杂过程中，长晶速率控制在l〇_/h~13_/h。10. 按照权利要求1或2所述的一种多晶硅半熔铸锭用排杂方法，其特征在于:步骤101 中进行熔化时，待坩埚(1)内侧底部硅料的厚度为13mm~20mm时，熔化完成。
【文档编号】C30B29/06GK106048718SQ201610696080
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月19日
【发明人】刘波波, 贺鹏, 蔺文, 虢虎平
【申请人】西安华晶电子技术股份有限公司