摘要：在提高太阳能电池的光电转换效率方面，越来越多的人开始关注多晶铸锭。本文通过对多晶铸锭铸锭炉结构本身、铸锭工艺的优化以及辅助材料方面等不同方面进行分析、对比，提出有利于提升太阳能电池效率的方法。

       前言 

       2012年，我国光伏产业因全球经济衰退、光伏产能过剩、价格下跌、美国"双反"、欧洲"反倾销"等因素而进入寒冬期，光伏下游企业毛利率大幅下降，大部分企业面临严重亏损。2013年上半年国内多晶硅产量较去年还有明显下滑，2013年上半年国内多晶硅产量为2.8万吨，同比下滑23.6%。受供需关系及国际贸易等多种因素影响，2012年我国绝大多数多晶硅企业已停产。由于下游供需局面并未有实质性转变，加上主要多晶硅企业生产成本仍在不断下降，2013年多晶硅企业经营状况仍不容乐观，多晶硅行业将保持在低位的运行，产业整合也有望见底行业的回暖预计要到2014年。多晶硅惨淡的行业景象并没有削减人们对太阳能组价的满足程度，正是由于供大于求的太阳能市场行情，人们对太阳能组件的功率要求越来越高，更多开始关注太阳能电池的效率。 

       为了提高太阳能电池的光电转换效率，最近光伏业界又推出了高效多晶铸锭技术。使用普通的电池片制作工艺，高效多晶硅片可达到17.3%以上的转换效率，现在最高可达18%左右。高效多晶铸锭技术的关键在于降低晶体中的位错和其他缺陷。业界估计至少有十余种方法制作高效多晶，例如使用单晶碎片或多晶碎片作为籽晶，使用特殊坩埚或热场等等。 

       1、铸锭炉本身结构的优化 

       铸锭炉是直接将硅料高温熔融后通过定向冷却冷凝结晶，使其形成晶向一直的硅锭的设备。在加热使硅料完全融化后，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉。结构的优化对于铸锭的硅锭的效率的提升有很重要的作用。 

       1.1加热器双电源设计 

       多晶硅铸锭炉加热器的要求：加热超过1650℃；使用材料不能与硅料发生反应；可以在真空及惰性气体中长期使用。对于加热器的材料而言，目前行业中主要使用高纯石墨作为加热材料，主要使用单电源对石墨加热器进行加热。 

       使用双电源加热器带来的好处：改善铸锭硅块的晶向结构；增大晶粒的体积同时减少晶界；改善结晶平面，可以灵活控制长晶界面的形状，长晶速度更加平稳，解决了硅锭生长后期速度过慢的问题，如图（一）所示：

       1.2铸锭炉冷却模式改进 

       硅的结晶速度取决于其底部石墨块的降温速度，较好的结晶速度会产生稳定的分凝速度，保证杂质的均匀析出，是生长高效多晶硅块的必经之路。目前行业中的冷却主要包括隔热笼的提升、隔热板的下降、底部水冷三种模式。 

       气冷技术与目前现有相比拥有自己独特的优势，将先前依靠移动隔热笼的被动DS块辐射降温的弱控制模式改为DS块底部主动气体降温的强控制模式，使得晶体生长可控性更强。通过中空的DS块、气体冷却器、泵组、变频器等组成可控气体流量的闭合气路，以流动气体对DS块进行直接冷却，并通过DS台上的温度反馈调节泵组电机速度来控制冷却气体流量，从而实现精确的DS台温度控制。