专利名称：一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置。
背景技术：
2005年以前，全世界每年消耗2万吨左右半导体级多晶硅，太阳能电池消耗约 8000-9000吨多晶硅，其比例是2:1，但是，2005年以来，这个比例发生了变化，太阳能 电池的使用量大大增加，半导体多晶硅的增长幅度为5%左右，而太阳能电池用多晶硅的 幅度为30%左右。2005年，世界多晶硅为2.88万吨，比2004年增长5%。据专家预测， 2009年世界多晶硅的年需求量将达到6. 5万吨，太阳能电池多晶硅将超过半导体级多晶 硅需求量。
1975年，Wacker公司首创了浇铸法制多晶硅材料，其后，许多研究小组先后提出了 多种铸造工艺。这些铸造工艺主要分为两种方式 一种方式是在一个石英坩埚内将多晶硅 熔化，而后浇铸到石墨模具中；另一种方式是在同一个坩埚内熔化后采用定向凝固的方法 制造多晶硅。其中后一种方式所制出的多晶硅质量较好。用定向凝固法制多品硅的原理是， 严格控制垂直方向上的温度梯度，使固液界面尽量平直，从而生长出取向较好的柱状多晶 硅，其电学性能均匀。与单晶硅不lkl，铸造出的多晶硅呈长方体，除去极少量的边角料， 再采用线切割，昂贵的材料损失就少多了，其成本自然很低,故得到广泛重视.
铸造多晶硅材料己经取代了直拉单晶硅材料成为最主要的太阳能电池材料，但是市场 的竞争促使铸造多晶硅材料的生长工艺需要不断地革新。低成本和高效率是太阳能电池工 业得以长时间可持续发展的两个根本条件，这就要求铸造多晶硅硅片的成品率高以及铸造 多晶硅材料中具有电学活性的杂质浓度较低。所以，铸造多晶硅材料的发展趋势便是大体 积化和尽可能增加硅锭的有效利用体积。
但是，目前,冶金法制备太阳能级多晶硅时始终面临着多晶硅铸锭冷却过程中开裂的 问题，因为与大多数金属在凝固时体积发生收縮不同的是，金属硅在凝固过程中体积膨胀 10%左右。另外，由于制造铸造多晶硅的原料主要为微电子工业剩下的头尾料，所以其体内的杂质含量很髙。其次，铸造过程中产生大量的应力，可能导致大量位错产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置。 本发明提供的技术方案如下
一种减少多晶硅铸锭应力的方法，其特征在于将多晶硅铸锭从炉内取出后，立即放 置于一个与多晶硅锭形状匹配的保温装置内，自然放置3天 30天后取出；取出后立即
去除边皮，并破成标准方锭保存。
所述的标准方锭为156mmX156ramX260mra,当然，根据切片需要，也可以是其它形状 的长方体。
前述的多晶硅铸锭出炉时的温度为200 300X:。 更佳的，前i&的自然放置时间为10 20天。
一种减少多晶硅铸锭应力的保温装置，包括一保温罩及一手车，其特征在于所述的 保温罩设置在手车上，其由普通镀锌钢管制成，内侧有一石墨碳毡层；所述的保温罩形状 为与多晶硅铸锭形状相配合的六面体结构，每相邻的面为可拆卸连接；所述的手车包括一
用于放置保温罩的平板， 一装于平板后侧边缘的用于推动的手柄部，以及位于平板底部的 滚轮。
所述的保温罩固定连接或可拆b地连接于所述手车装置的平板上。
所述的石墨碳毡层厚度为10mm 100咖。
本发明原理多晶硅铸锭是采用定向凝固的方法制备而成的。晶体呈柱状晶由底部向
顶部生长，晶体缺陷易集中于晶界处。整个多晶硅铸锭在定向凝固过程中，微量杂质由底 部向顶部移动，故顶部杂质最多。若多晶硅取出后，直接在空气中冷却，冷却速度不均匀， 四周及顶部边皮处冷却最快，内部热应力迅速向四周及顶部扩散，在晶界及杂质点扩散不
均匀。且多晶硅的性质为热縮冷涨。四周及底部温度低，晶体出现膨胀力，内部温度高， 出现收縮力，故应力易于集中于晶体内部，此时切片会导致碎片率提髙。随着铸锭放置的 时间增长，内部应力再缓慢向四周扩散，若扩散不均匀直接导致晶体开裂或切片率增加， 若均匀扩散，扩散至顶部时，遇到大量密集的杂质，尤其在铸锭的顶部杂质聚集较多，会直接导致顶部开裂。由于铸锭中多晶硅呈柱状生长，不及时处理顶部开裂，裂纹会由顶部 延伸至底部，造成巨大损失。
图l说明将铸锭刚刚取出放置于空气中时，四周温度低，应力为膨胀力；中心温度 高，应力为收缩力，故应力集中于中心部位，易导致铸锭开裂或切片时碎片率高。
图2说明长久放置，温度基本都冷却至室温时，应力由中心向四周扩散，遇到杂质 点及不规则晶界(例如孪晶及孪晶带)，仍会产生应力集中，且不易消除。
采用本发明方法后，在多晶硅铸锭取出时即放入保温罩内保温3 30天以上，使其均 匀冷却，则多晶硅铸锭几乎不会产生热应力；在保温装置中冷却至室温后取出多晶硅锭， 并立即将杂质较为集中的边皮去掉，则减少了杂质导致的应力集中，避免杂质存在时导致 的顶部开裂，这使处理后的多晶硅铸锭可长时间放置而不影响性能。另外，将铸锭破成标 准方锭，有利于进一步消除可能存在的残余应力，以便长久放置。此外，本发明的装置结 构简单，使用方便，铸锭容易转移到合适位置保温冷却，而不必等到完全冷却后再出炉， 节省每炉的生产时间。
图1为铸锭刚取出放置于空气中时的应力示意图，其中箭头为应力方向；
图2为铸锭长久放置后的应力示意图，其中箭头为应力方向；
图3为本发明一种减少多晶硅铸锭ik力装置的立体结构示意图4为本发明一种减少多晶硅铸锭应力装置的主视图5为本发明一种减少多晶硅铸锭应力装置的顶视图。
具体实施例方式
参照图3至图5， 一种减少多晶硅铸锭应力的保温装置，包括保温部分l及手车部分 2,其中保温部分l包括前板ll，前板11为普通镀锡钢管111制成，内表面有一石墨碳 毡层112，其厚度为50mm;另还包括左板12,后板13及右板14,其结构与前板11 一致， 板11 14顺次可折叠式连接，另还包括一上板和一下板(图中未显示)。前板ll，左板 12，后板13及右板14，以及上板及下板之间，可围成一六面体型密封空间。
手车2包括一平板22，平板22底部安装有四个滚轮23，后侧边缘装有手柄21，用于推动整个装置。
使用时，先在推车上摆好下板，当多晶硅铸锭出炉后，立即安放在下板上，并顺次围 上左板12,后板13、右板M及前板ll，之后盖上上板。多晶硅铸锭3安放好之后，推 动小车2将整个装置从炉室旁边移开，即可进行下一炉的单晶棒生产。而保温装置内的多 晶硅铸锭冷却至室温取出，立即去除带杂质部分的上皮，并破成标准方块保存。
同等材料下
实施例l、未采用本发明的方法，275kg铸锭，在空气中放置8个月后，顶部开裂； 为避免切片损失，放弃切片。
实施例2、未采用本发明方法，275kg铸锭，在空气中放置30天后，切片，出合格片 8000片，后续电池片生产，应力片易损易碎，又损失520片，最后合格为电池片7480片。
实施例3、采用本发明方法，275kg铸锭，出炉时立即放入保温装置中，保温3天后 取出，切除边皮后立即切片，出合格片9000片，后续电池片生产，又损失180片，最后 合格为电池片8820片。
实施例4、采用本发明方法，275kg铸锭，出炉时立即放入保温装置中，保温14天后 取出，切除边皮后立即切片，出合格片9200片，后续电池片生产，又损失100片，最后 合格为电池片9100片。
实施例5、采用本发明方法，2&kg铸锭，出炉时立即放入保温装置中，保温l个月 后取出，切除边皮后立即切片，出合格片9100片，后续电池片生产，又损失约150片， 最后合格为电池片8950片。
实施例6、采用本发明方法，275kg铸锭，出炉时立即放入保温装置中，保温l个月 后取出，切除边皮，破成标准方锭(156咖X156咖X260咖)，空气中放置30天后再切片， 出合格片9050片，后续电池片生产，又损失约180片，最后合格为电池片8870片。
实施例7、采用本发明方法，275kg铸锭，出炉时立即放入保温装置中，保温15天后 取出，切除边皮，破成标准方锭(156mmX156mmX260mm),空气中放置8个月后再切片， 出合格片8800片，后续电池片生产，又损失260片，最后合格为电池片8540片。
上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
权利要求
1、一种减少多晶硅铸锭应力的方法，其特征在于将多晶硅铸锭从炉内取出后，立即放置于一个与多晶硅锭形状匹配的保温装置内，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除边皮，并破成标准方锭保存。
2、 如权利要求l所述的一种减少多晶硅铸锭应力的方法，其特征在于所述的多晶硅铸 锭出炉时的温度为200'C 300'C。
3、 如权利要求l所述的一种减少多晶硅铸锭应力的方法，其特征在于所述的自然放置 时间为10天 20天。
4、 如权利要求l所述的一种减少多晶硅铸锭应力的方法，其特征在于所述的标准方锭 体积为156mmX156咖X260mm。
5、 一种减少多晶硅铸锭应力的保温装置，包括一保温罩及一手车，其特征在于所述的 保温罩设置在手车上，其由普通镀锌钢管制成，内侧有一石墨碳毡层；所述的保温罩 形状为与多晶硅铸锭形状相配合的六面体结构，每相邻的面为可拆卸连接；所述的手 车包括一用于放置保温罩的平板， 一装于平板后侧边缘的用于推动的手柄部，以及位 于平板底部的滚轮。
6、 如权利要求5所述的一种减少多晶硅铸锭应力的保温装置，其特征在于所述的保温 罩固定连接或可拆卸地连接于所述手车装置的平板上。
7、 如权利要求5所述的一种减少多晶硅铸锭应力的保温装置，其特征在于所述的石墨 碳毡层厚度为10mm 100mm。
全文摘要
本发明涉及一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置，该方法包括将多晶硅铸锭从炉室中取出后，立即放置于一个与多晶硅锭形状匹配的保温装置内，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除边皮，并破成标准方锭保存。该装置包括一保温罩及一手车，所述的保温罩为六面体结构。使用本发明的方法和装置，使多晶硅铸锭均匀冷却，则其几乎不会产生热应力；冷却后取出多晶硅锭，并立即将杂质较为集中的边皮去掉，则减少了杂质导致的应力集中，避免杂质存在时导致的顶部开裂。
文档编号C30B33/00GK101660209SQ20091011212
公开日2010年3月3日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者毅 南, 张伟娜, 禹 林, 健 汪, 香 程, 赵志跃, 郑智雄 申请人:南安市三晶阳光电力有限公司