專利名稱:對晶體硅材料進行深冷處理的工藝的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及晶體硅材料技術領域,更具體地說,涉及一種對晶體硅材料進行深冷 處理的工藝。
背景技術:
隨著常規(guī)能源的有限性及環(huán)保壓力的增加,諸多國家掀起了開發(fā)和利用新能源的 熱潮,其中,太陽能作為一種可再生清潔能源在全球范圍內(nèi)得到快速的發(fā)展,大陽能光電利 用是近些年來發(fā)展最快,最具活力的研究領域。為此,人們研制和開發(fā)了光伏電池。制作光 伏電池主要是以半導體材料為基礎,其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉 換反應,根據(jù)所用材料的不同,分為硅光伏電池、以無機鹽為材料的電池、以功能高分子材 料為原料的大陽能電池和納米晶太陽能電池等。隨著硅光伏電池的大規(guī)模生產(chǎn),硅光伏電池暴露出一些缺點,如硅光伏電池的轉 換效率低、制備硅光伏電池的晶體硅材料的物理性能較差等,世界各國光伏技術人員紛紛 投入大批技術力量對此進行研究改進。目前,盡管硅光伏電池的轉換效率已經(jīng)有了大幅的提高,但是由于晶體硅材料中 存在鐵元素,且晶體硅材料中的鐵元素具有面心立方結構,為奧氏體,因此,使晶體硅材料 的硬度和耐磨性較差,使用壽命較短,同時,奧氏體的高脆性造成加工后的晶體硅材料的易 碎裂,使太陽能電池片的抗隱裂性較差和表面硬度較低。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種對晶體硅材料進行深冷處理的 工藝,得到具有較高的抗裂性和表面硬度較高的晶體硅材料,從而制備具有較高的抗裂性 和表面硬度較高的太陽能電池片。本發(fā)明提供一種對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,包括步驟A 將晶體硅材料降溫至-192 _196°C進行恒溫處理;步驟B 將步驟A恒溫處理后的晶體硅材料升溫至100 120°C進行恒溫處理。優(yōu)選的,還包括步驟C 將步驟B恒溫處理后的晶體硅材料降溫至-192 _196°C進行恒溫處理,
然后升至室溫。優(yōu)選的,所述步驟A中降溫速度為0. 5 0. 60C /min。優(yōu)選的,所述步驟B中升溫速度為0. 5 0. 60C /min。優(yōu)選的,所述步驟C中降溫速度為0. 5 0. 60C /min。優(yōu)選的,步驟A中的恒溫處理溫度為-195 _196°C。優(yōu)選的,步驟B中的恒溫處理溫度為110 120°C。優(yōu)選的,所述步驟A中恒溫處理時間為16 18h。優(yōu)選的,所述步驟B中恒溫處理時間為30 35分鐘。
優(yōu)選的,所述步驟C中恒溫處理時間為16 18h。從上述的技術方案可以看出,本發(fā)明提供一種對晶體硅材料進行深冷處理的工 藝,包括將晶體硅材料降溫至-192 -196°C并恒溫處理,將上述恒溫處理后的晶體硅材 料升溫至100 120°C并恒溫處理。本發(fā)明將晶體硅材料進行深冷處理,由于晶體硅材料內(nèi) 鐵元素的奧氏體結構在低溫環(huán)境下不穩(wěn)固、易分解,因此,本發(fā)明將晶體硅材料進行深冷處 理,使晶體硅材料的缺陷部分產(chǎn)生塑性流動,并組織發(fā)生細化,于是晶體硅材料中的鐵元素 由奧氏體轉化成馬氏體。并且,在超低溫條件下,晶體硅材料中的鐵元素形成的馬氏體的基 體析出超微細碳化物,使晶體硅材料的表面硬度提高,同時增加了柔韌性與剛性,提高了晶 體硅材料的抗裂性能。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例公開的晶體硅材料的深冷處理裝置示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例 僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領域普通 技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明公開了一種對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,包括步驟A 將晶體硅材料降溫至-192 _196°C進行恒溫處理;步驟B 將步驟A恒溫處理后的晶體硅材料升溫至100 120°C進行恒溫處理。按照本發(fā)明,將晶體硅材料進行深冷處理,將晶體硅材料降溫至優(yōu) 選-195 -196°C,更優(yōu)選將晶體硅材料降溫至_196°C。由于晶體硅材料內(nèi)鐵元素的奧氏 體結構在低溫環(huán)境下非常不穩(wěn)固,易分解,因此,當對晶體硅材料進行深冷處理時,缺陷部 分(主要為微孔及內(nèi)應力集中的部份)產(chǎn)生塑性流動,并且組織發(fā)生細化,于是,奧氏體會 轉化成馬氏體,并消除了內(nèi)應力。生成的馬氏體填補晶體硅材料的內(nèi)部空隙,增加耐磨面 積,從而提高晶體硅材料的柔韌性能,降低了碎片率。并且,在超低溫時,由于晶體硅材料中 的晶體組織產(chǎn)生體積收縮,晶格常數(shù)縮細而加強碳原子析出的驅動力,于是馬氏體的基體 析出大量超微細碳化物。所述超微細碳化物使晶體硅材料的強度提高,同時增加了柔韌性 與剛性,提高了晶體硅材料的抗裂性能。并且,深冷處理可轉移晶體硅原子的運能,使原子 之間不能擴散分開,從而使原子結合更緊密。所述步驟A中降溫速度優(yōu)選為0. 5 0. 6°C / min,更優(yōu)選為 0. 5 0C /min。步驟B中將步驟A得到的晶體硅材料升溫優(yōu)選至110 120°C,更優(yōu)選至100°C并 恒溫處理。步驟B中升溫速度優(yōu)選為0. 5 0. 6°C /min,更優(yōu)選為0. 5°C /min。本發(fā)明還包括
步驟C 將步驟B恒溫處理后的晶體硅材料降溫至-192 _196°C進行恒溫處理,
然后升至室溫。步驟C中將步驟B得到的晶體硅材料降溫優(yōu)選至-192 -196 °C,優(yōu)選 為-195 -196°C,更優(yōu)選為-196°C,并恒溫處理,然后升至室溫。所述步驟C中降溫速度 為 0. 5 0. 6°C /min,更優(yōu)選為 0. 5°C /min。上述步驟C是將晶體硅材料的進行反復處理,達到深冷處理的最佳效果。深冷處 理的次數(shù)包括但不僅限于上述次數(shù),還可以為更多次。本工藝處理后可將晶體硅內(nèi)含量8% 20%的奧氏體降低為1. 5 3%。將處理 后的晶體硅材料硬度與未處理的晶體硅材料比較,處理后的晶體硅材料硬度提高HRCl 2。本深冷處理工藝使用的深冷處理裝置如圖1所示,包括工件倉1、液氮倉2、非接 觸式循環(huán)泵3、真空度表4、溫度傳感器5、液氮壓力表6和支架7。工件倉1可以為長方體,還可以為正方體或其他形狀,能夠達到存在工件的作用 即可。在工件倉1的外部設置有液氮倉2,液氮倉2中的液氮能夠達到低溫的效果,從而使 工件倉中的工件實現(xiàn)深冷處理的目的。對于液氮倉2德形狀并無特別限制,可以為長方體、 正方體或其他形狀,能夠達到存放液氮并與工件倉充分接觸的目的即可。在液氮倉2的外部設置有非接觸式循環(huán)泵3,通過非接觸式循環(huán)泵3使液氮倉中的 液氮能夠循環(huán)使用,無需向空氣中排放液氮,從而降低了能源的消耗并保護了環(huán)境,降低深 冷處理的成本。按照本發(fā)明,還包括與工件倉1相連的真空度表4。通過真空度表4能夠檢測工件 倉中的真空度,保證工件在要求的真空度下進行工作。對于真空度表4的個數(shù)并無特別限 制,可以為一個或多個。溫度傳感器5與工件倉1相連,能夠實時檢測工件倉的內(nèi)部溫度, 當溫度傳感器5檢測到工件倉的溫度不是工作溫度時,可以通過調(diào)節(jié)液氮倉2中的液氮的 量,達到控制溫度的目的。對于溫度傳感器5的個數(shù)并無特別限制,可以為一個或多個。液氮壓力表6與液氮倉2相連,能夠檢測液氮倉2中的液氮的壓力,從而保證深冷 處理能夠正常進行。對于液氮壓力表6的個數(shù)并無特別限制,可以為一個或多個。支架7位于工件倉的下方,與工件倉相連,達到支撐的目的。因此,本發(fā)明提供的對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,可以利用上述晶體硅材 料深冷處理裝置進行深冷處理。為了進一步說明本發(fā)明的技術方案,下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行 描述,但是應當理解,這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點,而不是對本發(fā)明權 利要求的限制。實施例1將多晶硅塊材放入加有液氮的深冷處理裝置中,將其從25°C溫度條件下,以 0. 50C /min降溫至_196°C并恒溫18h,然后以0. 5°C /min升溫至室溫;將上述多晶硅塊錠以0. 50C /min升溫至室溫后再加熱至100°C恒溫30min ;將加熱至100°C恒溫30min后的多晶硅塊錠速降溫至_196°C并恒溫18h,最后 0. 5 0C /min速度升溫至室溫。上述處理過的晶體硅材料的奧氏體含量為2%,將處理后的晶體硅材料硬度與未處理的晶體硅材料比較,處理后的晶體硅材料硬度提高HRC2,實施例中晶體硅快的處理前 后性能如表1所示。表1實施例1中多晶硅塊處理前后性能對照表 實施例2將多晶硅塊材放入加有液氮的深冷處理裝置中,將其從25°C溫度條件下,以 0. 50C /min降溫至_195°C并恒溫17h,然后以0. 5°C /min升溫至室溫;將上述多晶硅塊錠以0. 50C /min升溫至室溫后再加熱至105°C恒溫30min ;將加熱至100°C恒溫30min后的多晶硅塊錠以0. 5°C /min降溫至-195°C并恒溫 17h,最后以0. 5°C /min升溫至室溫。上述處理過的晶體硅材料的奧氏體含量為2%,將處理后的晶體硅材料硬度與未 處理的晶體硅材料比較,處理后的晶體硅材料硬度提高HRC1。從上述實施例可以看出,本發(fā)明提供一種對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,將 晶體硅材料中鐵元素由奧氏體轉化為馬氏體,消除多晶硅內(nèi)應力,同時析出大量碳化物,使 晶體硅材料的硬度提高,增加了晶體硅材料的柔韌性,提升了其抗隱裂性。同時,生成的馬 氏體填補內(nèi)部空隙,增加耐磨面積,從而提高晶體硅材料的柔韌性能。對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現(xiàn)。因此,本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權利要求
一種對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,其特征在于,包括步驟A將晶體硅材料降溫至 192~ 196℃進行恒溫處理;步驟B將步驟A恒溫處理后的晶體硅材料升溫至100~120℃進行恒溫處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,還包括步驟C 將步驟B恒溫處理后的晶體硅材料降溫至-192 -196°C進行恒溫處理,然后升至室溫。
3.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,所述步驟A中降溫速度為0.5 0. 6°C /min0
4.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,所述步驟B中升溫速度為0.5 0. 6°C /min0
5.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,所述步驟C中降溫速度為0.5 0. 6°C /min0
6.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,步驟A中的恒溫處理溫度 為-195 -196°C。
7.根據(jù)權利要求1所述的工藝,其特征在于,步驟B中的恒溫處理溫度為110 120°C。
8.根據(jù)權利要求1 7任意一項所述的工藝,其特征在于,所述步驟A中恒溫處理時間 為16 18h。
9.根據(jù)權利要求1 7任意一項所述的工藝,其特征在于,所述步驟B中恒溫處理時間 為30 35分鐘。
10.根據(jù)權利要求1 7任意一項所述的工藝,其特征在于,所述步驟C中恒溫處理時 間為16 18h。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種對晶體硅材料進行深冷處理的工藝,包括將晶體硅材料降溫至-192~-196℃并恒溫處理,將上述恒溫處理后的晶體硅材料升溫至100~120℃并恒溫處理。本發(fā)明將晶體硅材料進行深冷處理,由于晶體硅材料內(nèi)鐵元素的奧氏體結構在低溫環(huán)境下不穩(wěn)固、易分解,因此,本發(fā)明將晶體硅材料進行深冷處理,使晶體硅材料的缺陷部分產(chǎn)生塑性流動,并組織發(fā)生細化,于是晶體硅材料中的鐵元素由奧氏體轉化成馬氏體。并且,在超低溫條件下,晶體硅材料中的鐵元素形成的馬氏體的基體析出超微細碳化物,使晶體硅材料的表面硬度提高,同時增加了柔韌性與剛性,提高了晶體硅材料的抗裂性能。
文檔編號C30B33/02GK101892524SQ201010254449
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權日2010年8月13日
發(fā)明者王士元 申請人:英利能源(中國)有限公司