采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直接從硅溶液形成硅片的制作設(shè)備及其控制方法，尤其涉及一種采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陽(yáng)能電池用硅材料稱為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅，太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的純度范圍為硅含量大于99.9999 %，相比半導(dǎo)體級(jí)多晶硅來(lái)說(shuō)，純度要求大大降低。從而硅材料提純方式、硅棒拉制及鑄造方式和硅片技術(shù)等方面可使用的方法也增加。太陽(yáng)能電池用硅片需求占據(jù)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)超過(guò)90%，同時(shí)硅片在制作的過(guò)程中經(jīng)過(guò)開(kāi)方及切片環(huán)節(jié)后，材料浪費(fèi)率達(dá)60%以上。
[0003]因此，采用一種能夠減少硅材料的浪費(fèi)，減少硅片制作能耗的技術(shù)，能夠極大的降低娃片成本。從娃恪液中直接獲得娃片或娃帶是一種亟待發(fā)展，能夠走向產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。從熔融硅液中直接生長(zhǎng)的帶硅方向與籽晶方向相同，垂直于硅液面生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率較慢，未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。其他從熔融硅液中形成硅片的技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法，安全可靠，溫度恒定，生長(zhǎng)硅片的晶向可控，位錯(cuò)少，籽晶引導(dǎo)生長(zhǎng)速率塊，能夠極大的節(jié)省硅材料并降低單個(gè)硅片的能耗。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液的石英坩禍，所述石英坩禍的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器，其中，所述石英坩禍的上方設(shè)有相變蓄熱塊，所述相變蓄熱塊的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有片狀矩形籽晶和籽晶夾板，所述片狀矩形籽晶固定在與升降機(jī)構(gòu)相連的籽晶夾持器上。
[0006]上述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其中，所述升降機(jī)構(gòu)為一對(duì)平行設(shè)置的動(dòng)力絲桿，所述動(dòng)力絲桿設(shè)于相變蓄熱塊的頂部，所述籽晶夾板通過(guò)夾板固定螺桿固定在相變蓄熱塊的兩側(cè)。
[0007]上述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其中，所述相變蓄熱塊的數(shù)目為多個(gè)，所述多個(gè)相變蓄熱塊一字排列并通過(guò)整體吊裝絲桿固定在爐體上。
[0008]上述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其中，所述相變蓄熱塊為密封腔體，所述密封腔體內(nèi)裝填有相變儲(chǔ)能材料和導(dǎo)熱油。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題還提供一種上述采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，包括如下步驟:a)利用加熱器將石英坩禍中的硅加熱熔化，在相變蓄熱塊中裝填相變儲(chǔ)能材料和導(dǎo)熱油山)控制片狀矩形籽晶下端伸出籽晶夾板和相變蓄熱塊外，將相變蓄熱塊與片狀矩形籽晶一起下降，使得片狀矩形籽晶接觸硅液面，并控制相變蓄熱塊和熔融硅液的距離為I?1cm ;c)硅液面由兩側(cè)片狀矩形籽晶開(kāi)始向中間凝固，形成硅片；d)將相變蓄熱塊與片狀矩形籽晶一起提升至硅片脫離熔融硅液；e)控制片狀矩形籽晶下端縮入籽晶夾板內(nèi)，籽晶夾板下端擠壓硅片并與片狀矩形籽晶分離，使用承接板將擠壓分離后的硅片轉(zhuǎn)運(yùn)至爐體外。
[0010]上述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟a)中控制硅加熱熔化后表面溫度高于相變溫度I?10°c。
[0011]上述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟c)中控制硅片的厚度為100?1000 μ m。
[0012]本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法，通過(guò)采用相變蓄熱塊吸收硅液面熱量，硅片形成于硅液表面，由籽晶夾板擠壓硅片脫離籽晶，安全可靠，溫度恒定，生長(zhǎng)硅片的晶向可控，位錯(cuò)少，籽晶引導(dǎo)生長(zhǎng)速率塊，能夠極大的節(jié)省硅材料并降低單個(gè)硅片的能耗。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的硅片制作設(shè)備中夾板擠壓硅片與籽晶脫離示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的硅片制作設(shè)備中的多個(gè)相變蓄熱塊分布安裝示意圖。
[0016]圖中:
[0017]I片狀矩形籽晶 2籽晶夾板3夾板固定螺桿
[0018]4相變蓄熱塊 5加熱器6保溫層
[0019]7硅片8熔融硅液9爐體
[0020]10籽晶夾持器 11動(dòng)力絲桿12整體吊裝絲桿
[0021]13石英坩禍 14相變蓄熱塊外側(cè)夾板
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0023]圖1為本發(fā)明的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，包括爐體9，所述爐體9內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液8的石英坩禍13，所述石英坩禍13的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器5，加熱器5和爐體9之間可設(shè)置保溫層6，其中，所述石英坩禍13的上方設(shè)有相變蓄熱塊4，所述相變蓄熱塊4的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有片狀矩形籽晶I和籽晶夾板2，所述片狀矩形籽晶I固定在與升降機(jī)構(gòu)相連的籽晶夾持器10上。
[0025]本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其中，所述升降機(jī)構(gòu)為一對(duì)平行設(shè)置的動(dòng)力絲桿11，所述動(dòng)力絲桿11設(shè)于相變蓄熱塊4的頂部，所述籽晶夾板2通過(guò)夾板固定螺桿3固定在相變蓄熱塊4的兩側(cè)，從而可由動(dòng)力絲桿11推拉片狀矩形籽晶I伸出或縮入籽晶夾板2內(nèi)，如圖2所示。
[0026]本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其中，所述相變蓄熱塊4的數(shù)目為多個(gè)，所述多個(gè)相變蓄熱塊4 一字排列并通過(guò)整體吊裝絲桿12固定在爐體9上，相變蓄熱塊4的兩側(cè)可設(shè)置相變蓄熱塊外側(cè)夾板14進(jìn)行固定，如圖3所示。
[0027]本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，采用相變蓄熱塊4吸收硅液面熱量，相變蓄熱塊4為密封腔體，里面裝填相變儲(chǔ)能材料和導(dǎo)熱油，安全可靠，溫度恒定，同時(shí)蓄熱塊的能量可重復(fù)利用；利用籽晶夾板2配合片狀矩形籽晶I的伸縮巧妙控制硅片與籽晶的脫離，采用本發(fā)明提供的設(shè)備及方法，生長(zhǎng)硅片的晶向可控，位錯(cuò)少，籽晶引導(dǎo)生長(zhǎng)速率塊。具體控制過(guò)程如下:
[0028]采用穩(wěn)定的熔硅熱場(chǎng)，硅液表面溫度高于相變溫度10°C以下，如在石英坩禍13內(nèi)填充塊狀多晶硅料50kg，并加入適量的硼母合金作為P型摻雜劑，使得制作的硅片的電阻率穩(wěn)定在I?3Ω.cm ;穩(wěn)定加熱器功率，硅液面溫度穩(wěn)定在1425±2°C ；
[0029]采用裝有相變儲(chǔ)能材料的蓄熱塊，相變蓄熱塊4內(nèi)同時(shí)有高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱油，用于保證良好的熱交換；蓄熱塊內(nèi)含有的相變蓄熱材料可以保證相變蓄熱塊在完全相變發(fā)生前，溫度穩(wěn)定在600°C，相變蓄熱塊4的蓄熱能力較強(qiáng)，可保證完成1000片以上的硅片制作；
[0030]將片狀矩形籽晶I由動(dòng)力絲桿11推動(dòng)，籽晶下端伸出籽晶夾板2和相變蓄熱塊4外；
[0031]下降片狀矩形籽晶I至接觸硅液面，相變蓄熱塊4接近硅液面，硅液面的熱量由蓄熱塊吸收；控制相變蓄熱塊4與熔融硅液8的距離為I?1cm ；
[0032]硅液面由兩側(cè)籽晶開(kāi)始向中間凝固，形成一薄層硅片7，硅片7厚度范圍為100?1000 μ m ;相變蓄熱塊4在相變完全發(fā)生前，蓄熱塊溫度恒定，蓄熱塊到硅液面的距離恒定，所以在固定時(shí)間內(nèi)由硅液面輻射到蓄熱塊的熱量恒定；
[0033]待硅片7形成后，將相變蓄熱塊4與片狀矩形籽晶I整體提升至硅片7脫離硅液；由動(dòng)力絲桿11推動(dòng)籽晶完全縮回籽晶夾板2內(nèi)，夾板下端擠壓硅片7，使得硅片7與籽晶分離，使用承接板將加壓分離后的硅片轉(zhuǎn)運(yùn)至爐外，即可進(jìn)行硅片預(yù)處理。
[0034]本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法，包含穩(wěn)定的熔硅熱場(chǎng)、片狀矩形籽晶、相變蓄熱塊及籽晶夾板，籽晶垂直于硅液面，由恒溫的相變蓄熱塊吸收硅液面熱量，硅片形成于硅液表面，由籽晶夾板擠壓硅片脫離籽晶；因此晶粒均勻，晶體平均粒度小于5_ ;所述相變蓄熱塊完全相變前溫度恒定，放熱后可重復(fù)使用。
[0035]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，包括爐體(9)，所述爐體(9)內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液(8)的石英坩禍(13)，所述石英坩禍(13)的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器(5)，其特征在于，所述石英坩禍(13)的上方設(shè)有相變蓄熱塊(4)，所述相變蓄熱塊(4)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有片狀矩形籽晶(I)和籽晶夾板(2)，所述片狀矩形籽晶(I)固定在與升降機(jī)構(gòu)相連的籽晶夾持器(10)上。
2.如權(quán)利要求1所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其特征在于，所述升降機(jī)構(gòu)為一對(duì)平行設(shè)置的動(dòng)力絲桿(11)，所述動(dòng)力絲桿(11)設(shè)于相變蓄熱塊(4)的頂部，所述籽晶夾板(2)通過(guò)夾板固定螺桿(3)固定在相變蓄熱塊(4)的兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其特征在于，所述相變蓄熱塊(4)的數(shù)目為多個(gè)，所述多個(gè)相變蓄熱塊(4) 一字排列并通過(guò)整體吊裝絲桿(12)固定在爐體(9)上。
4.如權(quán)利要求1所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備，其特征在于，所述相變蓄熱塊(4)為密封腔體，所述密封腔體內(nèi)裝填有相變儲(chǔ)能材料和導(dǎo)熱油。
5.一種如權(quán)利要求1所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: a)利用加熱器(5)將石英坩禍(13)中的硅加熱熔化，在相變蓄熱塊(4)中裝填相變儲(chǔ)能材料和導(dǎo)熱油； b)控制片狀矩形籽晶(I)下端伸出籽晶夾板(2)和相變蓄熱塊(4)外，將相變蓄熱塊(4)與片狀矩形籽晶(I) 一起下降，使得片狀矩形籽晶(I)接觸硅液面，并控制相變蓄熱塊(4)和恪融娃液⑶的距離為I?1cm ； c)硅液面由兩側(cè)片狀矩形籽晶(I)開(kāi)始向中間凝固，形成硅片(7); d)將相變蓄熱塊(4)與片狀矩形籽晶(I)一起提升至硅片(7)脫離熔融硅液(8); e)控制片狀矩形籽晶⑴下端縮入籽晶夾板(2)內(nèi)，籽晶夾板(2)下端擠壓硅片(7)并與片狀矩形籽晶(I)分離，使用承接板將擠壓分離后的硅片(7)轉(zhuǎn)運(yùn)至爐體(15)夕卜。
6.如權(quán)利要求5所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述步驟a)中控制硅加熱熔化后表面溫度高于相變溫度I?10°C。
7.如權(quán)利要求5所述的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述步驟c)中控制硅片(7)的厚度為100?1000 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法，所述硅片制作設(shè)備包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有用于盛放熔融硅液的石英坩堝，所述石英坩堝的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器，其中，所述石英坩堝的上方設(shè)有相變蓄熱塊，所述相變蓄熱塊的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有片狀矩形籽晶和籽晶夾板，所述片狀矩形籽晶固定在與升降機(jī)構(gòu)相連的籽晶夾持器上。本發(fā)明提供的采用籽晶引導(dǎo)的硅片制作設(shè)備及其控制方法，通過(guò)采用相變蓄熱塊吸收硅液面熱量，硅片直接形成于硅液表面，由籽晶夾板擠壓硅片脫離籽晶，安全可靠，溫度恒定，生長(zhǎng)硅片的晶向可控，位錯(cuò)少，籽晶引導(dǎo)生長(zhǎng)速率塊，能夠極大的節(jié)省硅材料并降低單個(gè)硅片的能耗。
【IPC分類】C30B29-06, C30B28-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104726932
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510165541
【發(fā)明人】高文秀, 李帥, 趙百通
【申請(qǐng)人】江蘇盎華光伏工程技術(shù)研究中心有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日