作者：特变电工新疆新能源股份有限公司   陈超、昝武 

    2006年，美国BP Solar宣布了一项突破性的研究：Mono2技术，即现在广为人知的用多晶炉铸造单晶的技术。该技术通过对多晶铸造炉进行改造，对生长工艺进行升级，完成在多晶炉中生长大晶粒甚至单晶的技术。Mono2技术实现了生产更高效单晶并结合了诸如高产、低光衰、低成本以及大规模的多晶铸造优点。后来此项技术被德国AMG公司收购，应用于AMG工程系统、ALD SCU400+和ALD SCU600+太阳能铸锭炉及结晶真空炉。目前德国AMG公司的铸造单晶技术最为领先，据报道，其多晶铸锭炉铸造单晶成品率高达70%，单晶比例也在70%以上。

　　之后，国内外各大铸锭厂家都展开了对类单晶技术的相关研究。BP Solar提出的制造单晶铸硅的方法和装置以及用于光电领域的单晶铸硅实体的专利，提供了铸造用于光电池及其它应用中的铸硅的方法及装置。X.J. Chen等人进行了探讨单向固化的结晶单晶硅太阳电池中忽略晶体位错的点缺陷的形成机制。结果表明，生长速度是影响无位错单晶硅点缺陷的关键因素。浙江大学提出了一种用于生长铸造单晶硅的坩埚及衬底片的专利。其能够有效减少铸造单晶硅时籽晶的用量，结构简单，成本低廉。浙江精工提出了一种准单晶硅的铸锭方法的专利。该方法成本低、易操作，适合规模化生产；制备的准单晶硅转换效率高，且籽晶可重复利用。

　　实验

　　实验用设备及仪器等

　　GT Soalr450铸锭炉、上虞晶盛MCS450铸锭炉、WT-2000少子寿命测试仪、TRB-50红外扫描仪、傅里叶红外光谱分析仪等。

　　实验方案

　　（1）设计DSS铸造炉类单晶的热场；

　　（2）在新热场的基础上调整、优化熔化工艺，控制籽晶高度。

　　实验

　　传统的多晶铸锭炉采用四周加顶部加热的方式（如图1）。在熔化时候，隔热笼完全关闭，加热器的热量通过辐射传递到石墨护板上，石墨护板再经过热传导传递给坩埚，最后传给硅料，当温度达到熔点时硅料开始熔化。由于四周和顶部的温度较高，所以四周及顶部的硅料最先熔化，熔化后的硅液流到坩埚底部，由于固体硅的密度小于液体硅的密度，底部的固体硅开始上浮，最后形成四周向中心熔化的形式，直至硅料全部熔化。

　　由于多晶炉内的热场设计，坩埚四周的温度要比中心的温度高，熔化时籽晶的界面形状必然呈凸状。若籽晶的高度过低，中心部分籽晶还未开始熔化而边上的籽晶已经熔化完；若籽晶的高度过高，会使大晶粒硅片的成本上升。

　　图1 传统多晶炉结构示意图

　　Fig 1 Schematic illustration of traditional multicrystal casting furnace