CN103255469A - 石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法。该石墨加热器包括石墨加热器本体和设置在石墨加热器本体的表层的将石墨加热器本体与外界隔离开的隔离层。根据本发明的石墨加热器，设置在石墨加热器表层的隔离层能将石墨加热器和外界隔离开，进而能够防止高温条件下石墨加热器中的碳与外界反应。当利用本发明的石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法制造单晶硅片时，能够有效降低硅片中碳杂质的含量，提高单晶片质量，同时降低企业的生产成本。

Description

石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造领域，更具体地，涉及一种石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法。

背景技术

目前光伏行业中，以硅基底制作的太阳能电池片占所有光伏电池的99%以上，而硅基片主要来源就是多晶硅铸锭和单晶棒拉制，在铸锭或单晶棒拉制过程中，常规的铸锭炉和单晶炉炉内的高温加热器和电极部件均采用石墨材料来制作。

由于硅熔点较高，约1420℃左右，在多晶铸锭炉及单晶炉内需要1500℃以完成硅料熔化及再结晶过程。就多晶铸锭来说，目前单个硅锭重量一般在500kg左右，更有重达1吨的大尺寸硅锭，500kg硅锭的整个运行过程中，炉内温度在1300℃以上的时间至少有30个小时左右。单晶拉制过程中，目前单晶棒重量在130kg左右，整个拉制过程中炉内温度在1300℃的时间有50个小时以上。高温作用下，硅液同石英坩埚一直发生氧化还原反应，产生一氧化硅气体，一氧化硅气体接触到高温石墨加热器和电极时，同样发生氧化还原反应，产生碳化硅和一氧化碳气体，具体反应过程如下：

C(s)+SiO₂(s)→SiO(g)+CO(g)……（1）

SiO(g)+2C(s)→SiC(s)+CO(g)……（2）

反应（1）发生于硅液同石英坩埚接触的地方，反应（2）发生于石墨加热器表面。

上述反应结束后，反应并没有停止，一氧化碳会继续和高温硅液继续反应，形成一氧化硅和碳，反应如下：

CO(g)+Si→SiO(g)+C……（3）

此时，碳会留在高温硅液内，而一氧化硅会继续进行上述反应（2）和反应（3），这样高温时间越长，加热器腐蚀越严重，硅液中的碳元素越多，最终导致多晶硅锭或单晶棒内碳含量偏多，影响光伏电池光电转换效率。

发明内容

本发明旨在提供一种石墨加热器、石墨电极和降低硅片中碳含量的方法，以解决现有技术中由于使用石墨加热器制造硅片带来的碳含量高的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种石墨加热器，该石墨加热器包括石墨加热器本体和设置在石墨加热器本体的表层的将石墨加热器本体与外界隔离开的隔离层。

进一步地，隔离层由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。

进一步地，隔离层是通过电镀的方式镀在石墨加热器本体上的电镀层。

进一步地，隔离层为钼层。

进一步地，隔离层通过钼箔裹覆在石墨加热器本体表面形成。

进一步地，隔离层的厚度为0.001mm至2mm。

根据本发明的另一方面，提供了一种石墨电极，该石墨电极包括石墨电极本体和设置在石墨电极本体的表层的将石墨电极本体与外界隔离开的隔离层。

根据本发明的再一方面，提供了一种降低硅片中碳含量的方法，该降低硅片中碳含量的方法包括以下步骤：步骤S1：在制作硅片的石墨加热器本体和石墨电极本体的表层设置有将石墨加热器本体和石墨电极本体与外界隔离开的隔离层；步骤S2：将带有隔离层的石墨加热器和石墨电极安装在单晶炉内；步骤S3：调节石墨加热器的功率，对石英埚内的硅料加热。

进一步地，隔离层由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。

进一步地，隔离层是通过电镀的方式镀在石墨加热器本体上的电镀层。

进一步地，隔离层通过钼箔裹覆在石墨加热器本体表面形成。

进一步地，形成隔离层之后，对钼箔表层进行粗糙化处理。

应用本发明的技术方案，石墨加热器包括石墨加热器本体和设置在石墨加热器本体的表层的将石墨加热器本体与外界隔离开的隔离层。根据本发明的石墨加热器，设置在石墨加热器表层的隔离层能将石墨加热器和外界隔离开，进而能够防止高温条件下石墨加热器中的碳与外界反应。当利用本发明的石墨加热器制造单晶硅片时，能够有效降低硅片中碳杂质的含量，提高单晶片质量，同时降低企业的生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明中的降低硅片中碳含量的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

单晶炉：主要用于太阳能级单晶硅棒拉制，将硅料放入石英坩埚内，加热到1500℃以上将硅料完全熔化，然后经过特定拉晶工艺完成单晶棒拉制过程。

石英坩埚：石英材质，由高纯石英砂制成，主要成分为二氧化硅，用于承载多晶硅料，化学性质稳定。

氮化硅：具有良好的化学稳定性，不溶于水，除不耐氢氟酸和浓NaOH侵蚀外，能耐所有的无机酸和某些碱溶液、熔融碱和盐的腐蚀。

钼：钼是一种具有高沸点及高熔点的难熔金属，处于元素周期表的第五周期第ⅥB族。

石墨加热器：石墨材质，在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，具有良好的导电、导热性，化学性质稳定。

根据本发明的实施例，石墨加热器包括石墨加热器本体和设置在石墨加热器本体的表层的将石墨加热器本体与外界隔离开的隔离层。根据本实施例，设置在石墨加热器表层的隔离层能将石墨加热器和外界隔离开，能够防止高温条件下石墨加热器中的碳与外界反应。当利用本发明的石墨加热器制造单晶硅片时，能够有效降低硅片中碳杂质的含量，提高单晶片质量，同时降低企业的生产成本。

在本实施例中，隔离层是由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。在单晶硅片的制作过程中，想要得到优质的单晶硅片，首先需要采用单晶炉拉制单晶棒，然后再切割得到单晶硅片。在单晶炉内，将硅料熔化时，石墨加热器中的碳会与石英埚内蒸发出来的二氧化硅气体发生反应生成一氧化硅，一氧化硅与石墨加热器中的碳在高温下发生反应，生成一氧化碳，此时一氧化碳就会与石英埚内的硅料发生反应生成碳，此时生成的碳会留在硅料中，使得最后得到的单晶硅片中含有碳杂质。具体反应方程如下：

C(s)+SiO2(s)→SiO(g)+CO(g)……（1）

SiO(g)+2C(s)→SiC(s)+CO(g)……（2）

CO(g)+Si→SiO(g)+C……（3）

此时，隔离层可以将石墨加热器与外界隔离开，并且该隔离层不会与二氧化硅发生反应，从而防止了杂质碳的产生，提高了最后得到的硅片的质量。优选地，隔离层为钼层，钼的熔点远比硅的高，并且在高温下不会与二氧化硅和碳发生反应，能够防止反应式（1）（2）（3）的发生，同时还能保护石墨加热器，提高石墨加热器的使用寿命。钼层只是本发明的一种优选的实施方式，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他与钼具有相同或相似化学性质的物质来做隔离层。

根据本实施例，隔离层是采用电镀的方式镀在石墨加热器本体上的电镀层。此时，镀膜的厚度在0.001mm至1mm，例如0.5mm，采用电镀的方式镀膜，可以均匀地将钼镀在石墨加热器的表层，对石墨加热器的保护效果更好。在其他实施例中，隔离层还可以采用钼箔裹覆在石墨加热器本体表面而形成。此时，钼箔的厚度在0.1mm至2mm，优选地，形成隔离层之后，对钼箔的表层进行粗糙化处理，使其表面变得更粗糙，以提高石墨加热器的热辐射面积。

根据本发明的另一实施例，提供了一种石墨电极，该石墨电极包括石墨电极本体和设置在石墨电极本体的表层的将石墨电极本体与外界隔离开的隔离层。在本实施例中，隔离层与石墨加热器的隔离一样，都是电镀的钼层或包裹的在石墨电极上的钼箔，其厚度要求也与石墨加热器的一致。在制作单晶片的过程中，本实施例的石墨电极能够有效降低硅片中碳杂质的含量，提高单晶片质量，同时降低企业的生产成本。

根据本发明的再一实施例，提供了一种降低硅片中碳含量的方法，具体包括以下步骤：

参见图1所示，首先进行步骤S1：在制作硅片的石墨加热器本体和石墨电极本体的表层设置有将石墨加热器本体和石墨电极本体与外界隔离开的隔离层；再进行步骤S2：将带有隔离层的石墨加热器和石墨电极安装在单晶炉内；再对单晶炉进行清洗，向单晶炉内的石英埚中装入硅料，将单晶炉内的空气抽空。然后进行步骤S3：调节石墨加热器的功率，对石英埚内的硅料加热。在本实施例中，隔离层的设置将制作单晶硅片的石英埚蒸发的二氧化硅和石墨加热器和石墨电极隔离开，防止石墨加热器和石墨电极中的碳与二氧化硅气体发生反应，进而避免了前述实施例中提到的化学方程式（2）和（3）的发生，最终降低了单晶硅片中碳的含量。

在本实施例中，隔离层由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。隔离层可以将石墨加热器与外界隔离开，并且该隔离层不会与二氧化硅发生反应，从而防止了杂质碳的产生，提高了最后得到的硅片的质量。优选地，隔离层为钼层，钼的熔点远比硅的高，并且在高温下不会与二氧化硅和碳发生反应，能够防止反应式（1）（2）（3）的发生，同时还能保护石墨加热器，提高石墨加热器的使用寿命。钼层只是本发明的一种优选的实施例，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他与钼具有相同或相似化学性质的物质来做隔离层。

根据本实施例，隔离层是通过电镀的方式镀在石墨加热器本体上的电镀层。此时，镀膜的厚度在0.001mm至1mm，例如0.5mm，采用电镀的方式镀膜，可以均匀地将钼镀在石墨加热器的表层，对石墨加热器的保护效果更好。在其他实施例中，隔离层还可以采用钼箔裹覆在石墨加热器本体表面而形成。此时，钼箔的厚度在0.1mm至2mm，优选地，形成隔离层之后，对钼箔的表面进行粗糙化处理，使其表面变得更粗糙，以提高石墨加热器的热辐射面积。

待石英埚内的硅料全部熔化之后，对单晶炉内的硅料进行稳定化、引晶、等径、收尾、停炉以及切片处理，最后得到含碳量较低的硅片。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：利用带有隔离层的石墨加热器和石墨电极来制造单晶硅片，能够有效降低硅片中碳杂质的含量，提高单晶片质量，此外，还能够提高石墨电极和石墨加热器的使用寿命，降低企业的生产成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的隔离范围之内。

Claims (12)

1.一种石墨加热器，其特征在于，包括石墨加热器本体和设置在所述石墨加热器本体的表层的将所述石墨加热器本体与外界隔离开的隔离层。

2.根据权利要求1所述的石墨加热器，其特征在于，所述隔离层由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。

3.根据权利要求1或2所述的石墨加热器，其特征在于，所述隔离层是通过电镀的方式镀在所述石墨加热器本体上的电镀层。

4.根据权利要求3所述的石墨加热器，其特征在于，所述隔离层为钼层。

5.根据权利要求1或2所述的石墨加热器，其特征在于，所述隔离层通过钼箔裹覆在所述石墨加热器本体表面形成。

6.根据权利要求1或2所述的石墨加热器，其特征在于，所述隔离层的厚度为0.001mm至2mm。

7.一种石墨电极，其特征在于，包括石墨电极本体和设置在所述石墨电极本体的表层的将所述石墨电极本体与外界隔离开的隔离层。

8.一种降低硅片中碳含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在制作硅片的石墨加热器本体和石墨电极本体的表层设置有将所述石墨加热器本体和所述石墨电极本体与外界隔离开的隔离层；

步骤S2：将带有所述隔离层的石墨加热器和石墨电极安装在单晶炉内；

步骤S3：调节所述石墨加热器的功率，对石英埚内的硅料加热。

9.根据权利要求8所述的降低硅片中碳含量的方法，其特征在于，所述隔离层由在温度高于硅的沸点时不与二氧化硅反应的材料构成。

10.根据权利要求8或9所述的降低硅片中碳含量的方法，其特征在于，所述隔离层是通过电镀的方式镀在所述石墨加热器本体上的电镀层。

11.根据权利要求8或9所述的降低硅片中碳含量的方法，其特征在于，所述隔离层通过钼箔裹覆在所述石墨加热器本体表面形成。

12.根据权利要求11所述的降低硅片中碳含量的方法，其特征在于，形成所述隔离层之后，对所述钼箔表层进行粗糙化处理。

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