[01405239]光伏多晶硅铸锭快速冷却技术

该项目为一种新的太阳电池用多晶硅铸锭生产中的冷却工艺，所属科学技术领域为半导体光伏材料。该项目的主要发明点是是简化、缩短定向凝固多晶硅锭的冷却过程。太阳电池用多晶硅铸锭(简称光伏多晶硅铸锭)的定向凝固生产过程中，在定向凝固生长完成后的冷却阶段普遍采用这样一种冷却工艺：先进行均温化，将温度相对较低的硅锭底部升温到与顶部相同或接近，经过约两小时保温退火，然后整个硅锭才从该温度缓慢冷却。这种工艺最初由美国定向凝固多晶硅铸锭炉制造商GT Solar公司随其设备推出，被光伏业全面采用，成为近十几年来光伏业的常规工艺。 这种先高温均温化和退火之后再冷却的方式能够确保多晶硅锭不因热应力而开裂，但代价是工时、电耗和氩气增加、硅锭内部位错密度因在高温区反复变温而增加、并且硅锭受坩埚扩散污染也增加。经数值计算模拟分析和实验发现，这样的均温化和退火过程对于防止多晶硅锭开裂并无必要；而且使已经在缓慢定向凝固生长中达到平衡、已通过一定塑性变形顺应非均匀温度场的多晶硅锭再度经历一次剧烈的温度变化，由此产生的热应力导致大量位错增殖。为此提出一种取消传统生产工艺中的高温均温化和退火过程的快速冷却工艺，其独创性得到了国家发明专利授权肯定，并在全国光伏技术大会上向行业公开。之后该技术在江西赛维LDK、浙江海润和湖南红太阳光电等多家光伏企业实施应用，取得了缩短多晶硅锭生产工时7～8%、减少多晶硅锭生产电耗5～9%、氩气消耗7～8%、并降低多晶硅锭位错密度、减少多晶硅坩埚内壁对多晶硅底部和侧壁扩散污染的效果，经济效益明显。该技术还在多晶硅铸锭行业中逐步自发推广，预期三年内中国光伏业将全部采用该项目快速冷却技术，彻底告别美国GT Solar工艺。该技术最终将为降低光伏电力成本、促进太阳能电力的应用发展作出贡献。