一种晶体硅的制备方法及晶体硅技术

本发明专利技术提供了一种晶体硅的制备方法，包括以下步骤：在晶体硅生长用坩埚内装填硅料，同时向坩埚内放入掺杂剂，并将坩埚放入用于晶体硅生长的炉子内，所述掺杂剂包括硼掺杂剂和铟掺杂剂，硼掺杂剂为含有硼元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，铟掺杂剂为含有铟元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，硼、铟元素在硅料中的原子体积浓度分别为1014‑1017、1014‑1018atmos/cm3；在保护气氛下，加热使坩埚内的硅料和掺杂剂完全熔化得到硅熔体，调节晶体硅生长参数，使硅熔体开始长晶，得到晶体硅。本发明专利技术能解决现有技术中硼镓共掺制得的晶体硅的少子寿命低、晶体硅收率较低的问题。本发明专利技术还提供了一种晶体硅。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种晶体硅的制备方法，包括以下步骤：在晶体硅生长用坩埚内装填硅料，同时向坩埚内放入掺杂剂，并将坩埚放入用于晶体硅生长的炉子内，所述掺杂剂包括硼掺杂剂和铟掺杂剂，硼掺杂剂为含有硼元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，铟掺杂剂为含有铟元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，硼、铟元素在硅料中的原子体积浓度分别为1014?1017、1014?1018atmos/cm3；在保护气氛下，加热使坩埚内的硅料和掺杂剂完全熔化得到硅熔体，调节晶体硅生长参数，使硅熔体开始长晶，得到晶体硅。本专利技术能解决现有技术中硼镓共掺制得的晶体硅的少子寿命低、晶体硅收率较低的问题。本专利技术还提供了一种晶体硅。【专利说明】一种晶体硅的制备方法及晶体硅
本专利技术涉及太阳能电池材料
，特别是涉及一种晶体硅的制备方法及晶体娃。
技术介绍
在光伏产业的各类太阳能电池中，晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池占有极其重要的地位，目前占据着光伏市场约75%以上的份额。生产多晶硅太阳能电池的硅片材料多是由多晶娃铸徒或者是由直拉娃单晶经加工制成。为了满足电池片加工的要求，必须在晶体硅生长过程中通过调节掺杂剂的浓度获得要求的电学性能。现有的掺杂剂有III族元素硼、镓(制备P型硅片)及V族元磷(制备N型硅片)。其中，因硼在硅中的分凝系数(0.8)较接近I，制得的掺硼硅晶体电阻率分布较均匀，通常掺入适量的硼以获得电阻率为0.5-3Ω.cm的P型晶体硅材料。然而，掺硼硅片制备的电池使用后会出现光致衰减现象，降低电池的转换效率，目前主要认为是掺杂硼原子和晶体硅中的氧原子在太阳光照射下形成的硼-氧复合体有关。现有技术中通常采用B、Ga共掺来抑制单独的硼掺杂所造成的光衰现象，但当硼镓共掺时若镓的比例低于80%，硼镓共掺的晶体硅的少子寿命会低于纯掺硼，硅片的转换效率降低。而当硼镓共掺时中镓的比例高于80%后，制备的晶体硅的电阻率不良比例会明显升高，导致收率降低。因而，亟需开发一种合理有效的途径来制备光致衰减少、少子寿命长、电阻率合格区域高的晶体硅。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种含有硼、铟掺杂元素的晶体硅的制备方法，用以解决现有技术中硼镓共掺制得的晶体硅的少子寿命低、晶体硅收率较低的问题。第一方面，本专利技术提供了一种晶体硅的制备方法，包括以下步骤:在晶体硅生长用坩祸内装填硅料，同时向所述坩祸内放入掺杂剂，并将所述坩祸放入用于晶体硅生长的炉子内，所述掺杂剂包括硼掺杂剂和铟掺杂剂，所述硼掺杂剂为含有硼元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，所述铟掺杂剂为含有铟元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，在所述娃料中，硼元素的原子体积浓度为1014-1017atmos/cm3，铟元素的原子体积浓度为1014_1018atmos/cm3 ；在保护气氛下，加热使所述坩祸内的硅料和掺杂剂完全熔化得到硅熔体，调节晶体硅生长参数，使所述硅熔体开始长晶，得到晶体硅，其中，所述晶体硅包括直拉单晶硅、多晶娃锭或类单晶娃锭。优选地，所述硼和铟元素在所述硅料中的原子体积浓度比为9:1-1:1。铟原子比例过高会降低晶体生长的良品率，另一方面在晶体硅生长过程中容易出现成分过冷，导致晶体生长受到影响。优选地，所述掺杂剂还包括锗掺杂剂，锗元素在所述硅料中的原子体积浓度不超过102()atmos/cm3。当锗原子体积浓度大于102()atmos/cm3时，锗在晶体娃中以替位态的形式存在，由于锗的原子半径大于硅的原子半径，引入较多的锗后会在晶格中产生较大的应力场，使得晶格间隙变大，从而导致更多的间隙氧存在于晶体硅中，锗钉扎位错的效果反而变差，从而导致在晶体硅中产生大量的位错，降低了硅片的机械强度。在生长晶体硅的过程中，适量掺入锗可以显著改变硅中的点缺陷浓度及其分布，从而影响到氧沉淀，即锗可以促进硅中氧沉淀的生成，而氧沉淀对位错存在钉扎效应，从而可以显著提高硅片的机械强度，掺锗硅片相比现有掺硼硅片强度可以提高10%左右。此外，由于锗与硅是同族元素，因此锗几乎不会影响晶体硅材料的电学性能(如电阻率)；同时，利用锗的原子尺寸较大，增加氧扩散的势皇，抑制硼氧复合体的形成，从而降低晶体硅太阳电池的光衰减。进一步优选地，所述锗元素在所述娃料中的原子体积浓度为1014-1019atmos/cm3。更优选地，所述锗元素在所述硅料中的原子体积浓度为1016-1018atmOS/cm3。进一步优选地，硼在所述娃料中的原子体积浓度为1014-1015atmos/cm3 ； In在所述娃料中的原子体积浓度为1017_1018atmos/cm3。本专利技术中，所述硅料均为原生多晶硅料，纯度为6N以上，可以是采用西门子法气相沉积生产的高纯硅料，不含掺杂剂，也可以是改良西门子法或流化床法等生产的高纯硅料。优选地，所述硼掺杂剂为硼粉、氮化硼和硼硅母合金中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述铟掺杂剂为金属铟、氮化铟和铟硅母合金中的一种或多种，但不限于此。优选地，所述锗掺杂剂包括金属锗、氮化锗和锗硅母合金中的一种或多种，但不限于此。金属铟和金属锗中，铟元素、锗元素的纯度分别在99.999%-99.9999%之间。优选地，向所述坩祸内放入掺杂剂，具体为:先在所述坩祸的底部铺满硅料，然后把所述掺杂剂放在所述坩祸内的硅料之上，再将其余硅料放置于所述坩祸内，使加入的硅料完全覆盖已加入的掺杂剂。进一步优选地，先在所述坩祸内放入含铟的掺杂剂，再放入含硼的掺杂剂。以上放置位置可有效避免掺杂元素在抽真空或真空过程中时存在损失。进一步优选地，在坩祸高度的(1/4-1/2)处放入第一掺杂剂，在坩祸高度的(1/3-2/3)处放入含硼元素的掺杂剂，其中，所述第一掺杂剂含有铟元素，或者含有铟和锗元素。本专利技术中所述坩祸高度基本等于坩祸内硅料和掺杂剂所占据的高度，所述坩祸高度是以坩祸底部为基准。更优选地，在坩祸高度的(1/4-1/3)处放入所述第一掺杂剂。本专利技术中，掺杂剂硼距离坩祸底部的高度高于所述第一掺杂剂距坩祸底部内的高度。即所述掺杂剂硼在所述第一掺杂剂之上。以上掺杂位置可有效避免所掺元素在抽真空或真空过程中时存在损失。本专利技术中，所述晶体硅可以为通过直拉法得到的直拉单晶硅，或通过定向凝固法得到多晶硅锭、类单晶硅锭。所述晶体硅的生长参数的调控，可采用现有技术中的方法进行。优选地，当所述晶体硅为直拉单晶硅时，所述用于晶体硅生长的炉子为单晶炉。优选地，当所述晶体硅为多晶硅铸锭或准单晶铸锭，所述用于晶体硅生长的炉子为铸锭炉。优选地，当所述晶体娃为直拉单晶娃时，在直拉法制单晶娃时，在所述樹祸内的娃料和掺杂剂完全熔化得到硅熔体后，在熔化的硅熔体表面放置单晶籽晶以进行引晶，控制所述坩祸内的液面温度及所述硅熔体内的温度梯度，使所述硅熔体通过籽晶上拉来生长单晶硅。可以通过控制所述坩祸的旋转速度及晶体旋转速度，通过引晶、缩颈、放肩、等径生长及收尾拉制单晶硅。优选地，当所述晶体硅为多晶硅锭时，所述调节晶体硅生长参数，包括:控制所述坩祸内的温度沿垂直与所述坩祸底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使所述硅熔体开始自下向上凝固长晶。可以通过降低加热器功率同时配合打开所述炉子侧部的隔热笼来实现。优选地，当所述晶体硅为多晶硅铸锭或准单晶铸锭时，在向所述坩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在晶体硅生长用坩埚内装填硅料，同时向所述坩埚内放入掺杂剂，并将所述坩埚放入用于晶体硅生长的炉子内，所述掺杂剂包括硼掺杂剂和铟掺杂剂，所述硼掺杂剂为含有硼元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，所述铟掺杂剂为含有铟元素的单质、合金和氮化物中的一种或多种，在所述硅料中，硼元素的原子体积浓度为1014‑1017atmos/cm3，铟元素的原子体积浓度为1014‑1018atmos/cm3；在保护气氛下，加热使所述坩埚内的硅料和掺杂剂完全熔化得到硅熔体，调节晶体硅生长参数，使所述硅熔体开始长晶，得到晶体硅，其中，所述晶体硅包括直拉单晶硅、多晶硅锭或类单晶硅锭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗鸿志，胡动力，何亮，
申请(专利权)人：江西赛维LDK太阳能高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36