一种晶体硅及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种晶体硅的制备方法，包括：将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内，掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种；掺杂元素包括硼、镓和锑；多晶硅料中，镓、锑和硼三种元素的原子浓度比为1:(0.15‑0.3):(0.005‑0.1)；在保护气体存在下，加热使多晶硅料和掺杂剂完全熔化形成硅熔体，调节晶体硅生长参数，使硅熔体开始长晶，待坩埚内的硅熔体结晶完毕后，得到晶体硅。本发明专利技术提供的晶体硅的制备方法，解决了晶体硅的电阻率分布较宽的问题，提高了晶体硅的收率；方便了头尾料的回收，降低了晶体硅的应用成本。本发明专利技术还提供了一种晶体硅，该晶体硅电阻率分布集中，利用该晶体硅制成的太阳能电池片的光衰大大降低。

Crystalline silicon and preparation method thereof

The present invention provides a method for preparing a silicon crystal, including polysilicon and dopant added to the crucible casting furnace or single crystal furnace, doping agent contains one or more doping element elemental, alloy, oxide and nitride; doping elements including boron, gallium and antimony; polysilicon in the atomic concentration of three elements gallium, antimony and boron ratio of 1: (0.15 0.3): (0.005 0.1); in the presence of protective gas, heating the polysilicon and dopant completely melted to form a silicon melt, adjusting the crystal silicon growth parameters, the silicon melt began to melt crystallization of silicon crystal. The crucible after getting crystal silicon. Preparation method of crystal silicon provided by the invention, solve the resistivity distribution of crystalline silicon wide problem, improve the yield of crystal silicon; convenient recycling head materials, reduce the application cost of crystal silicon. The invention also provides a crystalline silicon, the silicon crystal resistivity distribution, using solar cells made of the crystal silicon attenuation is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池材料
，具体涉及一种晶体硅及其制备方法。
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硅铸锭或者是由直拉单晶硅经加工制成。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族元素磷(制备N型硅片)。其中，因硼在硅中的分凝系数(0.8)较接近1，制得的掺硼硅晶体电阻率分布较均匀。然而，掺硼硅片制备的电池片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。通过以镓、磷取代硼或硼镓共掺来生长晶体硅可以避免硼-氧复合体的生成，抑制光衰减现象。但镓的分凝系数较小(0.008)导致得到的晶体硅的电阻率范围较宽，尤其是在长晶过程中最后生长出的晶体硅部分(直拉单晶硅的尾部、定向凝固的多晶硅碇或类单晶硅的头部)的镓掺杂浓度较高，电阻率偏低，电阻率满足要求的区域(1-3Ω·cm)过少，可用于制备高效太阳电池的晶体硅的收率只有50％-60％，这使得生长晶体硅的成本过高；采用硼镓共掺也可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。此外，由于镓分凝至最后生长出的晶体硅部分，导致最后生长出的晶体硅部分的电阻率极不均匀，如在多晶硅锭头部10mm范围内电阻率分布往往在0.8-0.1Ω·cm之间，相差近10倍，很难定量的测试电阻率的大小。因此，晶体硅头部或尾部极低的电阻率在配料的测试与计算环节，很容易带来偏差，给头尾料回收的工作带来很大麻烦。因此，亟需开发一种新的晶体硅的制备方法来解决现有掺镓方案中，晶体硅头尾电阻率差别太大以及头尾料回收不方便的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种晶体硅及其制备方法。本专利技术晶体硅的制备方法工艺简单，制得的晶体硅电阻率分布较为均匀，方便了晶体硅头尾料的回收，降低了晶体硅的应用成本。本专利技术第一方面提供了一种晶体硅的制备方法，包括：将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内，所述掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种；所述掺杂元素包括硼、镓和锑；所述多晶硅料中，所述镓、所述锑和所述硼三种元素的原子浓度比为1:(0.15-0.3):(0.005-0.1)；在保护气体存在下，加热使所述多晶硅料和掺杂剂完全熔化形成硅熔体，调节晶体硅生长参数，使所述硅熔体开始长晶，待所述坩埚内的硅熔体结晶完毕后，得到晶体硅。其中，所述多晶硅料中，所述镓、锑、硼三种元素的原子浓度比为1:0.2:(0.02-0.05)。其中，所述多晶硅料中，所述硼元素的初始原子浓度为大于或等于0.15ppma。其中，所述多晶硅料中，所述硼元素的初始原子浓度为0.2ppma-0.3ppma。其中，所述多晶硅料中，所述镓元素的初始原子浓度为1ppma-100ppma。其中，所述多晶硅料中，所述锑元素的初始原子浓度为1ppma-80ppma。其中，所述晶体硅为单晶硅、多晶硅锭或类单晶硅锭。其中，所当所述晶体硅为多晶硅锭或类单晶硅锭时，所述调节晶体硅生长参数的操作包括：控制所述坩埚内的温度沿垂直与所述坩埚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结晶；当所述晶体硅为单晶硅时，所述调节晶体硅生长参数，包括：在所述硅熔体的上表面放置单晶籽晶，控制所述坩埚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。其中，所述将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内的具体操作为：先在所述坩埚底部铺设多晶硅料，当铺设的多晶硅料的重量达到全部多晶硅料重量的1/3-2/3时，在所述多晶硅料上方加入掺杂剂，然后继续加入剩余的多晶硅料。本专利技术第一方面提供的晶体硅的制备方法，解决了晶体硅的电阻率分布较宽的问题，从而提高晶体硅的收率。同时由于晶体硅头尾料的电阻率较高，方便了头尾料的回收，降低了晶体硅锭回收硅料的应用成本。本专利技术第二方面提供了一种晶体硅，所述晶体硅为按照本专利技术第一方面所述的制备方法制得。本专利技术第二方面提供的晶体硅电阻率分布集中，晶体硅的收率较高，晶体硅少子寿命高，利用该晶体硅制成的太阳能电池片的光衰也大大降低，光电转换效率更高，铸锭成本较低。综上，本专利技术有益效果包括以下几个方面：1、本专利技术提供的晶体硅的制备方法，解决了晶体硅的电阻率分布较宽的问题，从而提高晶体硅的收率。同时由于晶体硅头尾料的电阻率较高，方便了头尾料回收工艺，降低了晶体硅锭回收硅料的应用成本；2、本专利技术提供的晶体硅电阻率分布集中，晶体硅的收率较高，晶体硅少子寿命高，利用该晶体硅制成的太阳能电池片的光衰也大大降低，光电转换效率更高，铸锭成本较低。附图说明图1为本专利技术一实施方式中不同掺杂元素的分凝效果图；图2为图1分凝后期的放大图。具体实施方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术第一方面提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括：将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内，掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种；掺杂元素包括硼、镓和锑；多晶硅料中，镓、锑和硼三种元素的原子浓度比为1:(0.15-0.3):(0.005-0.1)；在保护气体存在下，加热使多晶硅料和掺杂剂完全熔化形成硅熔体，调节晶体硅生长参数，使硅熔体开始长晶，待坩埚内的硅熔体结晶完毕后，得到晶体硅。本专利技术在晶体硅的制备过程中，引入了锑元素(分凝系数为0.023)，一方面锑的引入可以使电阻率分布更集中，这是因为：在晶体硅尾部硼原子与锑原子浓度相当，而头部的锑原子则远大于硼原子浓度，多余的锑原子在电阻率分布上补偿了一些镓原子，因而使得晶体硅的电阻率分布较为集中，能有效提高晶体硅的收率。另一方面锑的引入可以降低晶体硅的光衰，机理可能为：1.由于硼原子半径较小，在硅晶体中，较大半径的锑原子会较多的与硼原子补偿，剩余的锑原子会继续与一部分镓原子补偿，从而使未被补偿的镓原子实现自由电离成为净受主，使得电池片光衰较低；2.镓和锑原子的存在影响了晶体硅中氧原子的分布，从而影响了硼氧复合体的形成，减小了光衰比例。本专利技术一实施方式中，多晶硅料的纯度为6N及以上。本专利技术一实施方式中，晶体硅可以通过直拉法得到直拉单晶硅，或通过定向凝固法得到多晶硅锭或类单晶硅锭。晶体硅的生长参数的调控，可采用现有技术中的方法进行。本专利技术一实施方式中，当晶体硅为多晶硅锭或类单晶硅锭时，调节晶体硅生长参数的操作包括：控制坩埚内的温度沿垂直与坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使硅熔体开始自下向上凝固结晶；当晶体硅为单晶硅时，所述调节晶体硅生长参数，包括：在硅熔体的上表面放置单晶籽晶，控制坩埚内的液面温度及硅熔体内的温度梯度，使硅熔体通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅的制备方法，其特征在于，包括：将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内，所述掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种；所述掺杂元素包括硼、镓和锑；所述多晶硅料中，所述镓、所述锑和所述硼三种元素的原子浓度比为1:(0.15‑0.3):(0.005‑0.1)；在保护气体存在下，加热使所述多晶硅料和掺杂剂完全熔化形成硅熔体，调节晶体硅生长参数，使所述硅熔体开始长晶，待所述坩埚内的硅熔体结晶完毕后，得到晶体硅。

【技术特征摘要】
1.一种晶体硅的制备方法，其特征在于，包括：将多晶硅料和掺杂剂加入到铸锭炉或单晶炉的坩埚内，所述掺杂剂为含有掺杂元素的单质、合金、氧化物和氮化物中的一种或多种；所述掺杂元素包括硼、镓和锑；所述多晶硅料中，所述镓、所述锑和所述硼三种元素的原子浓度比为1:(0.15-0.3):(0.005-0.1)；在保护气体存在下，加热使所述多晶硅料和掺杂剂完全熔化形成硅熔体，调节晶体硅生长参数，使所述硅熔体开始长晶，待所述坩埚内的硅熔体结晶完毕后，得到晶体硅。2.如权利要求1所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述多晶硅料中，所述镓、锑、硼三种元素的原子浓度比为1:0.2:(0.02-0.05)。3.如权利要求1所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述多晶硅料中，所述硼元素的初始原子浓度大于或等于0.15ppma。4.如权利要求3所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述多晶硅料中，所述硼元素的初始原子浓度为0.2ppma-0.3ppma。5.如权利要求1所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述多晶硅料中，所述镓元素的初始原子浓度为1ppma-100ppma。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海，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