一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法
【专利摘要】本发明公开一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括如下步骤：(1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层；(2)在坩埚内装入已打磨清洗干净的掺镓铸锭顶料；(3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上到下的顺序逐渐熔化；(4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下向上生长；(5)冷却，出炉，开方，切除顶部5%?10%，即可得到高纯小方锭。实验证明：本发明制作的高纯小方锭杂质少，少子寿命较高，位错密度低。
【专利说明】
一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体制造领域技术，尤其是指一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池的种类不断增多，其中，多晶硅太阳能电池以较低的成本和较高的转 换效率，占据主导地位。生产多晶硅太阳能电池的硅片是由多晶硅锭经加工制成，目前铸造 多晶硅片以P型多晶为主。对于P型硅片，掺杂剂主要为硼和镓。
[0003] 因为硼的分凝系数为0.8,接近于1，所以电阻率分布较为均匀，且循环料容易处理 使用。但是掺杂剂硼(B)与多晶硅锭中的氧(0)在光照条件下形成B-0复合体会产生光致衰 减的现象，降低了电池的转换效率;而且硅中的硼(B)易与硅锭中的其他杂质如铁(Fe)产生 Fe-B对，降低了硅锭的少子寿命，进而降低了电池的转换效率。
[0004] 掺镓硅片已经被证明没有光衰，但由于镓在硅中的分凝系数极低，掺镓铸锭顶料 将聚集高浓度的镓，顶料将不能当做循环料处理使用。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种提纯回收掺 镓铸锭顶料的方法，其能有效解决现有之镓铸锭顶料不能当做循环料处理使用的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1) 在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层； (2) 在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料； (3) 将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上到下 的顺序逐渐熔化； (4) 进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的速率、 炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下向上 生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1400-1430°C ;所述隔热笼向上移动的速率为5-7mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的70-80%; (5) 冷却，出炉，开方，切除顶部5%-10%，即可得到高纯小方锭。
[0007] 作为一种优选方案，所述步骤（1)中，氮化硅涂层的厚度为60-80微米，其纯度大 于99.9%。
[0008] 作为一种优选方案，所述步骤(3)中，加热的温度为1500_1550°C。
[0009] 作为一种优选方案，所述步骤(4)中，熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向上生 长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量；所述炉压的调节范围为100-650 mbar，氩气流量的调节范围为20-60升/分钟。
[0010] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知： 熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向上生长，随着长晶高度的增加，由于镓在硅中的 分凝系数极低，上部熔硅将聚集高浓度的镓，通过调节控制炉腔压力及氩气流量，使熔体中 富集的镓部分挥发出来，降低硅锭的镓浓度，提高提纯回收率。
【具体实施方式】
[0011] 本发明公开一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层;氮化硅涂层的厚度为60-80微米，其纯度大于 99.9%〇
[0012] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0013] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1500-1550°C。
[0014] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1400-1430°C ;所述隔热笼向上移动的速率 为5-7mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的70-80%;熔硅在竖直向上的温度梯 度下自下向上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压的调节范围 为100-650 mbar，氩气流量的调节范围为20-60升/分钟。
[0015] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部5%-10%，即可得到高纯小方锭。
[0016] 下面以多个实施例对本发明作进一步说明： 实施例1: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层;氮化硅涂层的厚度为60微米，其纯度为99.93%。
[0017] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0018] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1500°C。
[0019] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1400°C ;所述隔热笼向上移动的速率为5mm/ h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的70%;熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向 上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为lOOmbar，氩气流量为 20升/分钟。
[0020] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部5%，即可得到高纯小方锭。
[0021] 实施例2: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层；氮化硅涂层的厚度为80微米，其纯度大于 99.91%〇
[0022] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0023] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1550°C。
[0024] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1430Γ ;所述隔热笼向上移动的速率为7mm/ h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的80%;熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向 上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为650 mbar，氩气流量 为60升/分钟。
[0025] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部10%，即可得到高纯小方锭。
[0026] 实施例3: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层;氮化硅涂层的厚度为70微米，其纯度大于99.96%。 [0027] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0028] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1525°C。
[0029] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1415Γ ;所述隔热笼向上移动的速率为6mm/ h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的75%;熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向 上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为400 mbar，氩气流量 的调节范围为40升/分钟。
[0030] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部7%，即可得到高纯小方锭。
[0031] 实施例4: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层；氮化硅涂层的厚度为65微米，其纯度大于 99.96%〇
[0032] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0033] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1520°C。
[0034] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长；所述控温热电偶的温度调节范围为1410°C ;所述隔热笼向上移动的速率为 5.5mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的72%;熔硅在竖直向上的温度梯度下 自下向上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为200 mbar，氩 气流量的调节范围为25升/分钟。
[0035] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部6%，即可得到高纯小方锭。
[0036] 实施例5: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层；氮化硅涂层的厚度为76微米，其纯度大于 99.94%〇
[0037] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0038] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1540°C。
[0039] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长；所述控温热电偶的温度调节范围为1428Γ ;所述隔热笼向上移动的速率为 6.3mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的78%;熔硅在竖直向上的温度梯度下 自下向上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为600 mbar，氩 气流量的调节范围为55升/分钟。
[0040] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部8%，即可得到高纯小方锭。
[0041 ] 实施例6: 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，包括有如下步骤： (1)在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层；氮化硅涂层的厚度为79微米，其纯度大于 99.98%〇
[0042] (2)在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料。
[0043] (3)将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上 到下的顺序逐渐熔化;加热的温度为1538 °C。
[0044] (4)进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的 速率、炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下 向上生长；所述控温热电偶的温度调节范围为142%~ ;所述隔热笼向上移动的速率为 6.8mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的76%;熔硅在竖直向上的温度梯度下 自下向上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力及氩气流量;所述炉压为580 mbar，氩 气流量的调节范围为56升/分钟。
[0045] (5)冷却，出炉，开方，切除顶部8%，即可得到高纯小方锭。
[0046] 对比例： 常规提纯铸锭的方法，其为现有技术，在此对常规提纯铸锭的方法不作详细叙述。 [0047]然后将实施例1-6和对比例的性能对比，比较电阻率分布、少子寿命及顶部切割高 度，结果如下：
由上表可见，与常规提纯铸锭(对比例)相比，本发明制作的高纯小方锭电阻率高，杂质 含量少，少子寿命高，顶部切割少，利用率高，更符合循环料的要求。
[0048]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制， 故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍 属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，其特征在于:包括有如下步骤： (1) 在坩埚内壁上涂敷氮化硅涂层； (2) 在坩埚内装入已打磨并清洗干净的掺镓铸锭顶料； (3) 将装有掺镓铸锭顶料的坩埚放入铸锭炉中，抽真空，加热，使混合物按照从上到下 的顺序逐渐熔化； (4) 进入长晶阶段后，调节铸锭炉中控温热电偶的温度、侧部隔热笼向上移动的速率、 炉腔压力及氩气流量，使热量向下辐射，从而使熔硅形成竖直向上的温度梯度而自下向上 生长;所述控温热电偶的温度调节范围为1400-1430°C ;所述隔热笼向上移动的速率为5-7mm/h，且隔热笼的最高移动距离为多晶硅锭高度的70-80%; (5) 冷却，出炉，开方，切除顶部5%-10%，即可得到高纯小方锭。2. 根据权利要求1所述的一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，其特征在于：所述步骤 (1)中，氮化硅涂层的厚度为60-80微米，其纯度大于99.9%。3. 根据权利要求1所述的一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，其特征在于：所述步骤 (3) 中，加热的温度为1500-1550°C。4. 根据权利要求1所述的一种提纯回收掺镓铸锭顶料的方法，其特征在于：所述步骤 (4) 中，熔硅在竖直向上的温度梯度下自下向上生长，随着长晶高度的增加，调节炉腔压力 及氩气流量;所述炉压的调节范围为100-650 mbar，氩气流量的调节范围为20-60升/分 钟。
【文档编号】C30B28/06GK105887190SQ201610246173
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】李亚龙, 罗晓斌, 孙坤泽
【申请人】佳科太阳能硅(龙岩)有限公司