一种减少多晶硅铸锭应力的方法 【技术领域】
本发明涉及一种减少多晶硅铸锭应力的方法，特别涉及一种减少较低纯度多晶硅锭内应力的方法。
背景技术
铸造多晶硅材料已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。
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：热缩冷涨。四周及底部温度低，晶体出现膨胀力，内部温度高，出现收缩力，故应力易于集中于晶体内部，此时切片会导致碎片率提高。
为了消除金属制品的残余应力，过去通常采用热时效或自然时效，然而，多晶硅铸锭在炉中通过热时效降温时，由于所需时间长，炉室的利用效率低；自然时效则无法用于多晶硅铸锭的应力消除，其原因是：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高。多晶硅锭是由铸锭炉生产的，由于铸锭炉对杂质具有分凝效果，造成杂质在多晶硅锭的上部集中，内应力也在这些位置集中。随着铸锭放置的时间增长，内部应力缓慢向四周扩散，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。且裂纹会随时间增长由顶部延伸至底部，造成巨大损失。
【发明内容】
本发明的目的在于针对多晶硅锭顶部由于内应力集中而造成的开裂，提供一种减少多晶硅铸锭应力的方法。
本发明提供的技术方案如下：
一种减少多晶硅铸锭内应力的方法，将刚出炉的多晶硅锭放置于带振动板的超声波清洗设备中，同时放入100℃的水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为20KHZ-200KHZ，振荡至少1h，然后控制水温，使其逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，立即去除边皮后破成小方锭，空气中保存。
在本发明的一较佳实施例中，所述的小方锭为156mm×156mm×260mm，根据需要，也可以是其它尺寸的方锭。
所述的水温冷却速度为5～20℃/h。
由于超声波振动板的存在，产生了类似于振动时效的效果，从物理学上看，振动时效的过程，实质上是材料内部晶体位错运动、增殖、塞积和缠结的过程。由于材料存在位错，所以在晶体内部产生的交变动应力与内部的残余应力相互叠加，在应力较高的区域，就可产生位错滑移，出现微小塑性变形。位错滑移是单向进行线性累积的，当微应变累积到一个宏观量，晶体内残余应力较大处的位错塞积得以交替开通，局部较大残余应力得以释放。
此外：超声波具有如下特性：1)超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2)超声波可传递很强的能量。3)超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4)超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。但超声波往往只用于清洗，或是探测构件内部的损伤，本发明将超声波与沸水共同使用，可大大降低多晶硅铸锭的内应力。
1、沸水保持在100℃，逐渐使硅锭保持在100℃，可使热应力由外部及内部保持均匀；
2、沸水会产生振荡力，加上超声波会使水振荡形成水波动，水波动触及硅锭，均匀拍打硅锭，使其受力均匀，逐渐减轻应力。
3、保温和振荡同时进行，可加快应力均匀的速度，从而缩短时间。
【附图说明】
图1为多晶硅铸锭放入超声波清洗设备中的示意图；
【具体实施方式】
参照图1，为本发明一种减少多晶硅铸锭应力的方法的示意图。图中，1为加热器，2为多晶硅铸锭，3为超声波振动板，4为电源指示灯，5为电源开关，6为加热温度控制钮，7为加热时间控制钮，8为超声波时间控制钮，9为超声波波长控制钮。
当多晶硅铸锭在炉内冷却至100～200℃，出炉后，立即放入超声波清洗器中，如图1所示，同时放入沸水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为20KHZ-200KHZ，振荡至少1h，然后控制水温，使其逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，去除边皮，空气中保存。
同等材料下：
实施例1、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，在炉内冷却至200℃，出炉后立即放入超声波清洗器中，同时放入沸水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为150KHZ，振荡2h，然后控制水温，使其以20℃/h的速度逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，去除边皮，破成156mm×156mm×260mm的小方锭，空气中保存，30天后切片，出合格片9050片，后续电池片生产，又损失150片，最后合格为电池片8900片。
实施例4、采用本发明方法，275kg铸锭，在炉内冷却至180℃，出炉时立即放入超声波清洗器中，同时放入沸水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为200KHZ，振荡1h，然后控制水温，使其以15℃/h的速度逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，去除边皮，破成156mm×156mm×260mm的小方锭，空气中保存，30天后切片，出合格片9070片，后续电池片生产，又损失155片，最后合格为电池片8915片。
实施例5、采用本发明方法，275kg铸锭，在炉内冷却至150℃，出炉时立即放入超声波清洗器中，同时放入沸水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为120KHZ，振荡3h，然后控制水温，使其以10℃/h的速度逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，去除边皮，破成156mm×156mm×156mm地小方锭，空气中保存，30天后切片，出合格片9040片，后续电池片生产，又损失135片，最后合格为电池片8905片。
实施例6、采用本发明方法，275kg铸锭，在炉内冷却至100℃，出炉时立即放入超声波清洗器中，同时放入沸水，开加热器，使水保持沸腾状态，开启超声波清洗机，使其保持高频振荡状态，频率为20KHZ，振荡4h，然后控制水温，使其以5℃/h的速度逐渐冷却至室温，最后将硅锭取出，去除边皮，破成156mm×156mm×260mm的小方锭，空气中保存，30天后切片，出合格片9010片，后续电池片生产，又损失180片，最后合格为电池片8830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。