中國光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了風風雨雨幾十年，無論是技術，還是成本都經(jīng)歷了翻天覆地的變化，隨著市場對于高效率太陽能電池的需求，多晶硅鑄錠工藝也在一丁一點的發(fā)生著變化，作為電池片原材料的源頭，多晶硅鑄錠所扮演的角色也就不言而喻了。

鑄錠是將各種來源的硅料高溫熔融后通過定向冷卻結晶，使其形成硅錠的，硅料被加熱完全融化后，通過定向凝固塊將硅料結晶時釋放的熱量輻射到下爐腔內壁上，使硅料中形成一個豎直溫度梯度。這個溫度梯度使坩堝內的硅液從底部開始凝固，從熔體底部向頂部生長。硅料凝固后，硅錠經(jīng)過退火、冷卻后出爐。

一、多晶硅鑄錠的主要流程

二、噴涂工序

1、石英坩堝

檢查石英坩堝表面——干凈無污染、無裂紋，同時內部劃痕、凹坑、突起不能超過一定的范圍，核對石英坩堝的尺寸（內外部尺寸、上邊厚度、底部厚度等），坩堝底部厚度的異常會引起鑄錠熱場工藝的變化。

2、坩堝涂層

坩堝底邊和側邊需要預先進行人工刷涂，待涂層凝結過后進行噴槍噴涂，涂層的量是一定的（刷圖次數(shù)不限），刷涂的涂層包括氮化硅粉（底部和邊部分別為120g、380g）、硅溶膠（60g、150g）、PVA（50g、120g）和純水（180g、340g），噴涂的涂層中則不需要PVA。

3、檢查涂層

在噴涂坩堝側壁的過程中需用擋板遮住坩堝底部，約為側壁3／4的地方。噴涂和刷涂過程中要均勻使液體凝聚，涂層必須滿足均勻、無氣泡、無脫落、無裂縫等條件方為合格。

4、坩堝焙燒

將噴好的坩堝放入烘箱內，開始坩堝焙燒,整個過程大概需要30~40小時，先快速升溫至設定溫度，保持幾小時后，自然冷卻至合適溫度，再開蓋冷卻。

值得注意的是，坩堝噴涂車間需要保持一定的溫度，溫度較低環(huán)境需在配比涂層時對純水加熱。原料的雜質濃度會影響鑄錠爐的化料時間，鑄錠爐在長晶等階段出現(xiàn)異常，此時鑄錠時間可能較一般工藝時間長2-4個小時，底部氮化硅的量太少會導致無法順利脫模，硅錠底部開裂。而過量的氮化硅會覆蓋住石英砂，從而導致引晶效果不明顯，因此要在鑄錠中做出適當?shù)恼{整。

三、多晶硅工序

1、備料

對多晶硅的原硅料和回收料使用PN測試儀和電阻率進行分檔分類，直到達到配比質量，最后計算出需要的摻雜劑質量。硅料的種類大致有多晶原硅料、多晶碳頭硅料、多晶硅錠回收的硅料、單晶棒或單晶頭、尾料、單晶鍋底料、單晶碎硅片、其他半導體工業(yè)的下腳料等。

2、裝料

裝料時操作工戴上PVC手套和防護服，輕拿輕放防止氮化硅涂層被破壞。形狀不規(guī)則的片料或大塊硅料在指定區(qū)域砸碎，對片料進行破碎，使用專用砸料箱，注意此過程必須戴PVC手套、護目鏡，防止危害人體。挑選“硅料表面比較光滑的面” 。大小塊料要盡量均勻，碎料盡量用來填縫隙。8.在裝料過程中，一定不能碰到坩堝內壁，發(fā)現(xiàn)破壞要取出硅料，重新噴涂，直至符合要求再用。一半的硅料裝完后，領取摻雜劑，用電子天平稱重后均勻的放置到硅料的表面。摻雜劑假如完成后，繼續(xù)加入硅料，直至達到規(guī)定數(shù)量為止。

3、加熱

在真空狀態(tài)下開始加熱、按照一定的工藝程序，對硅料、熱場、坩堝等進行排濕、排雜。

4、熔化

熔化與加熱的延伸、也可以理解為加熱，但在工藝程序上的設計上有較大的差別，熔化是將固體硅轉化成液體硅，溫度最高可達1560度。操作者在中心觀測孔觀測是否融化完成，連續(xù)觀測3-5分鐘，若沒有硅料固體出現(xiàn)，程序方可繼續(xù)向后運行。

5、長晶

熔進入長晶階段，打開隔熱籠以冷卻DS-BLOCK，坩堝內硅液順著溫度梯度，從底部向頂部定向凝固。操作者在中心觀察孔觀察是否透頂手動選擇合適的步驟。

6、退火

因在長晶階段硅錠存在溫度梯度，內部存在應力。若直接冷卻出爐，硅錠存在隱裂，在開方和線切階段，外力作用會使硅片破裂，退火的作用是使硅錠內部溫度一致，消除硅錠內的應力。

7、冷卻

冷卻階段隔熱籠慢慢打開，壓力逐漸上升，冷卻階段時間較長，其作用與退火一樣重要，直接影響硅錠的性能。

太陽電池多晶硅錠是一種柱狀晶，晶體生長方向垂直向上，是通過定向凝固（也稱可控凝固、約束凝固）過程來實現(xiàn)的，即在結晶過程中，通過控制溫度場的變化，形成單方向熱流(生長方向與熱流方向相反），并要求液固界面處的溫度梯度大于0，橫向則要求無溫度梯度，從而形成定向生長的柱狀晶。

四、鑄錠車間常見事項

1、在熔化和長晶階段會出現(xiàn)熔化、中間長晶和邊部長晶三次報警。在鑄錠循環(huán)過程中，這兩個階段需密切關注。

2、當爐內壓力低于980mbar時，需要對爐子進行充氣?；靥畈僮鲿r爐內壓力大于這一數(shù)值時沒有自動停止，需自動停止。

3、鑄錠過程中根據(jù)爐內出現(xiàn)不同情況手動調整，如適當延長長晶時間等。注意爐內的水電、氣壓。

五、硅錠的檢測

如圖，典型的電阻率分布呈現(xiàn)出上述的變化趨勢，尾高頭低。主要是因為所添加的母合金的分凝系數(shù)造成的，檢測硅錠中的電阻率是否出現(xiàn)異常。

正常情況下的硅錠紅外檢測結果不會出現(xiàn)下圖紅色區(qū)域標識的，造成此現(xiàn)象的原因可能為熱場不穩(wěn)定或硅料雜質比較多造成的。