不同多晶原料對太陽能多晶硅硬質點的影響

王江宏 宗紅梅

摘 要：在太陽能多晶鑄錠中，如何降低硬質點占比一直是一個重要課題，硬質點的多少直接影響后續切片加工的斷線率。大家普遍認為，多晶鑄錠中硬質點主要為硅團簇，SiO2 ，SiC，Si3N4等混合物，其形成與投爐原材料有著重要的關系。本文介紹了多晶原料及低等級原料的使用。經研究分析，原生多晶和低等級料在每次投爐中的最佳使用量，以權衡生產成本與品質。

關鍵詞：多晶原料；硬質點；鑄造多晶硅

目前，原生多晶是多晶鑄錠選用的主要原料，經裝料、鑄錠、切方、檢測、切斷平磨后，多晶小方錠再經切片，分檢等環節，被加工成200μm左右的太陽能級硅片。然而，不同原材料，經多晶鑄錠后，對方錠雜質會有不同的影響，一般來說，原材料純度等級越高，所帶來的雜質污染元素越少，相對應的硬質點的占比會較小，但高純度的原料，其價格較高，企業為了追求高的利潤最大化，往往會選擇成本較低的原料來配合高成本的原料來投爐，如摻加各種二級、三級硅料，經切割加工后產生的底皮，邊皮，頂皮等原料。因此，不同等級原料如何使用，已經成為了核心工序。

1 實驗過程

1.1 主要設備與儀器

本文采用的是多晶鑄錠爐為京運通G6鑄錠爐，加熱方式為頂側加熱，共5面。本次實驗流程為鑄錠，開方，紅外探傷檢測，所使用設備主要為多晶硅錠鑄錠爐、多線切方機、少子壽命儀和紅外探傷儀等。

1.2 實驗過程

本實驗采用京運通G6鑄錠爐，統一采用760kg投料量，使用不同比例原生多晶與低等級硅料，分析硬質點占比及成品率的影響。

2 實驗結果與分析

2.1不同比例原生多晶的實驗安排

實驗主要投爐原材料為原生多晶，配合經切割加工后產生的底皮，邊皮投爐，其中，原生多晶比例依次投放量占比為40%、50%、60%、70%、80%、90%。

2.2原生多晶的不同使用比例對硅錠的影響

實驗料經鑄錠、切方、壽命檢測、切斷平磨后，采用紅外探傷儀對小方錠逐一探傷檢測，計算統計其硬質點占比。

由上圖可以看出：隨著原生多晶料使用量的不斷增加，大錠硬質點占比呈明顯下降趨勢，原生多晶占比40%時，硬質點占比為3.38%，隨著原生多晶使用量的增加到90%，硬質點占比下降至1.33%。由此可以得出：原料是影響多晶鑄錠硬質點的一個主要因素，原料純度越高，高純度原料投爐占比越大，其硬質點占比越小，在不考慮其他影響因素的前提下，為減少硬質點的占比，工業生產應在投爐時多選用純度高的原生多晶。硬質點占比在2%以下時，對應使用的原生多晶在70%以上，當原生多晶占比90%時，硬質點占比為1.33%，相比原生多晶占比80%時硬質點占比的1.61%，下降幅度不大，為此，選用原生多晶占比70%或80%，與邊皮底皮混配投爐生產是一個比較合理的選擇。

2.3低等級原料對硬質點的影響

大量投爐原生多晶料確實能夠降低大錠的硬質點占比，但原生多晶價格相對較高，企業為追求更高的利潤，往往會采用其他價格相對較低的低等級原料來代替部分原生多晶，以此來降低投爐成本。低等級料加入量分別為100Kg/爐、120Kg/爐、、150Kg/爐、200Kg/爐。

由實驗結果得出：隨著低等級原料使用量的不斷增加，大錠硬質點占比呈明顯的上升趨勢。當加入低等級原料重量為100Kg時，硬質點占比為0.52%；當加入低等級原料重量為120Kg時，硬質點占比為1.65%；當加入量到150Kg時，硬質點占比為2.0%；當低等級原料重量達到200Kg時，硬質點占比達到3.05%。由此可以得出：低等級原料相對于原生多晶而言，對產品質量有一定的影響，加低等級原料量越大，硬質點占比越高，其影響程度也越大。因此，在實際生產過程中，可根據原料成本和硬質點帶來的負面影響，相互權衡，得出一個合理的低等級原料添加量。

3 結論

原生多晶使用量占比越大，大錠硬質點占比越小，綜合成本因素，原生多晶使用量占比80%更適合工業生產。

低等級原料相對于原生多晶而言，對產品質量有一定的影響，加低等級原料量越大，硬質點占比越高，其影響程度也越大。

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