一种制备太阳能级N型单晶硅的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，（1）将硅原料加入置于单晶炉的石英坩埚中，并在硅原料中间部位放入N型母合金和镓；（2）单晶炉合上，抽真空检漏、加热融化，复投器复投硅原料，加热融化；（3）降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩，等径，收尾，得第一跟单晶棒，拉至单晶炉副腔室冷却，单晶炉剩余熔液保温；（4）单晶棒冷却后取出称重；（5）复投器装入复投料，并在硅原料的中间部位放入N型母合金和镓；（6）加热融化、降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩、等径，收尾，冷却得第二根单晶棒；初始投料量中加入适量镓，更好的中和磷，有效提高N型单晶硅电阻率的集中度，从而提高太阳能的电阻合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种制备太阳能级N型单晶硅的方法
本专利技术涉及一种单晶硅的制备方法，具体涉及一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，属于单晶硅领域，用于N型单晶硅的电阻控制。
技术介绍
单晶硅太阳能电池具有效率高，稳定性好的特点，产业化p型单晶硅太阳能电池的效率一般在20～21％之间，随着太阳能电池效率要求的不断提高，电池技术的不断发展，对单晶硅片提出更高的要求，N型单晶硅太阳能电池的效率可达到22%-23%，而且未来的高效电池工艺必须使用N型单晶，例如HII就需要使用N型单晶硅，同时常用的掺硼P型单晶硅有效率衰减问题，n型单晶硅将成为未来市场的主流；太阳能级单晶的电阻率要求在1-3Ωcm或附近，不同于功率器件的50—100Ωcm的电阻率范围；P型和N型单晶硅的不同之处在于掺杂剂的不同，P型单晶硅常用硼和镓做为掺杂剂，硼的分凝系统0.8左右，太阳能级单晶棒头尾的电阻率差异比较小，在0.9欧姆厘米左右，但硼存在光致衰减问题，而掺镓的P型单晶，由于镓的分凝系统只有0.008，太阳能级单晶棒的头尾电阻率区间为2.5欧姆厘米左右，N型单晶常用的是磷作为掺杂剂，磷的分凝系数0.35，且N型电阻率对晶体中的浓度差更加敏感，掺磷N型太阳能级单晶棒的头尾电阻率差异为2.1-2.3欧姆厘米，而电池片工艺对单晶硅基体的电阻率区间要求较高，越窄的电阻率区间对应越高电池转换效率；因此，如何减少太阳能级N型单晶棒的电阻率区间是必须要解决的问题。专利号为CN104746134A的专利中提出初始加入磷和硼，通过硼和磷的相反作用削弱磷基N型电阻率的区间，这个方法虽有一定效果，但硼的分凝系数远大于磷，随着晶体生长，熔液中的硼的增加不如磷的增加速度，因此硼不能有效地提高后期的磷产生的低电阻，从而有效地降低电阻率区间；专利号为CN105951173A的专利中提出在基磷的N型单晶硅生长过程熔液中，逐步加入基硼的P型，针对性地提高后期熔液中的硼的含量，从而中和熔液中越来越多的磷，逐步加入硼的母合金，采用的是插入一个小棒，通过控制插入熔液量来控制掺杂的量，但同时也存在一个控制问题，且对硅熔液的流动及温度场都有扰动，影响单晶的成品率；此专利也是针对功率器件；专利号为CN106795647A的专利中提出在基磷的初始单晶硅生长系统听熔液中，后期逐步加入硼的母合金，但这样同样对熔液有扰动，影响单晶的正常生长，而且后期加入的硼需要一定时间均匀化，这对电阻率控制不利；专利号为CN105887194A的专利用于功率器件，提出在基磷的初始单晶硅生长系统听熔液中，后期逐步加入镓的母合金，但这样同样对熔液有扰动，影响单晶的正常生长，而且后期加入的镓需要一定时间均匀化，这对电阻率控制不利；以上实践都是试图通过P型母合金，比如硼和镓，来反掺“中和”N型的磷，使N型的电阻率区间缩小，但存在以下问题：对于太阳能级电阻率范围，在初始时加入硼的母合金，不能有效地解决电阻率区间问题，而在过程中熔液加入硼的母合金，会扰动熔液，甚至未及时熔化的固体母合金漂向固液界面从而使单晶生长失败；对于功率器件，虽然有专利提到用镓在过程中掺杂，且认为初始加入镓不利于精确控制，但功率器件的电阻率范围过大50—100Ωcm，远大于太阳能的1-3Ωcm，功率器件的属于轻掺，掺杂量非常少，控制精度对结果影响较大；针对上述所说的不足，研发一种能克服以上缺陷的有效减少太阳能级N型单晶硅的电阻率区间是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，该方法简单易行，在初始投料量中加入适量镓，由于镓的分凝系数较磷小，后期熔液中的镓浓度的增长速度远快于磷，更好的中和磷，有效的提高N型单晶硅电阻率的集中度，从而提高太阳能及的电阻合格率。为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，具体包括以下步骤：步骤（1）：将硅原料加入置于单晶炉主加热腔室的石英坩埚中，同时，在硅原料中间部位放入N型母合金和镓；步骤（2）：将单晶炉合上，抽真空至40mtorr以下，并进行检漏、加热融化4.5H，然后利用复投器复投硅原料，继续加热融化；步骤（3）：融化结束后，进行降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩，等径，收尾，得到第一根单晶棒，将单晶棒拉至单晶炉副腔室冷却，同时单晶炉主加热腔室剩余熔液给定一定功率保温；步骤（4）：步骤（3）得到的单晶棒在单晶炉副腔室冷却后取出并称重；步骤（5）：复投器装入复投料向单晶炉中继续添加硅原料，同时，在硅原料的中间部位放入N型母合金和镓；步骤（6）：步骤（5）投料后的进行加热融化、降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩、等径，收尾，冷却得到第二根单晶棒。本专利技术进一步限定的技术方案是：进一步的，前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，原料为太阳能特级或电子级硅原料。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（1）及步骤（5）中所述的N型母合金均为30#基磷的N型母合金。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（1）中的石英坩埚采用28英寸石英坩埚。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（2）的具体操作如下：抽真空至40mtorr以下，自动检漏，泄漏率低于40mtorr/h认为检漏合格，启动压力化充入氩气和真空阀，把炉内压强控制在1600-2600pa，加热融化，融化4.5H后，复投到目标重量，继续融化至结束；加热融化的具体操作为：先在30KW下加热融化1H；然后在60KW下加热融化1H，后维持90KW下加热融化2.5H。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（3）中单晶炉主加热腔室剩余熔液给定一定功率保温，功率为55-65KW。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（4）单晶棒在单晶炉副腔室冷却1h。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（3）及（6）中降温稳定，稳定温度使籽晶的引晶速度控制在1-3mm/min，放肩到直径195-205mm，开始转肩，然后进入等径阶段，从引晶开始，晶转为12转，埚转为10转，晶转与埚转相反。前述制备太阳能级N型单晶硅的方法中，步骤（6）中等径时等径长度控制在4170mm。本专利技术的有益效果是：相较于现有技术，大多都是试图通过P型母合金，比如硼和镓，来反掺“中和”N型的磷，使N型的电阻率区间缩小，但存在以下问题：对于太阳能级电阻率范围，在初始时加入硼的母合金，不能有效地解决电阻率区间问题，而在过程中熔液加入硼的母合金，会扰动熔液，甚至未及时熔化的固体母合金漂向固液界面从而使单晶生长失败；对于功率器件，虽然有专利提到用镓在过程中掺杂，且认为初始加入镓不利于精确控制，但功率器件的电阻率范围过大50—100Ωcm，远大于太阳能的1-3Ωcm，功率器件的属于轻掺，掺杂量非常少，控制精度对结果影响较大；本专利技术对于太阳能级N型单晶，提出在初始投料量中加入适量镓的方法，由于镓的分凝系数较磷小，后期熔液中的镓浓度的增长速度远快于磷，从而使更好地中和磷。本专利技术磷与镓在初始共掺可以提高N型电阻率的集中度，从而使太阳能级的电阻合格率位置由分凝比例合格率80%提高到97%，由于直拉单晶存在收尾和锅底料，因而分凝比例97%处合格基本满足直拉单晶的要求，不会因为电阻率影响良品率。附图说明图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤（1）：将硅原料加入置于单晶炉主加热腔室的石英坩埚中，同时，在硅原料中间部位放入N型母合金和镓；步骤（2）：将单晶炉合上，抽真空至40mtorr以下，并进行检漏、加热融化4.5H，然后利用复投器复投硅原料，继续加热融化；步骤（3）：融化结束后，进行降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩，等径，收尾，得到第一根单晶棒，将单晶棒拉至单晶炉副腔室冷却，同时单晶炉主加热腔室剩余熔液给定一定功率保温；步骤（4）：步骤（3）得到的单晶棒在单晶炉副腔室冷却后取出并称重；步骤（5）：复投器装入复投料向单晶炉中继续添加硅原料，同时，在硅原料的中间部位放入N型母合金和镓；步骤（6）：步骤（5）投料后的进行加热融化、降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩、等径，收尾，冷却得到第二根单晶棒。

【技术特征摘要】
1.一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤（1）：将硅原料加入置于单晶炉主加热腔室的石英坩埚中，同时，在硅原料中间部位放入N型母合金和镓；步骤（2）：将单晶炉合上，抽真空至40mtorr以下，并进行检漏、加热融化4.5H，然后利用复投器复投硅原料，继续加热融化；步骤（3）：融化结束后，进行降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩，等径，收尾，得到第一根单晶棒，将单晶棒拉至单晶炉副腔室冷却，同时单晶炉主加热腔室剩余熔液给定一定功率保温；步骤（4）：步骤（3）得到的单晶棒在单晶炉副腔室冷却后取出并称重；步骤（5）：复投器装入复投料向单晶炉中继续添加硅原料，同时，在硅原料的中间部位放入N型母合金和镓；步骤（6）：步骤（5）投料后的进行加热融化、降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩、等径，收尾，冷却得到第二根单晶棒。2.根据权利要求1所述的制备太阳能级N型单晶硅的方法，其特征在于：所述的原料为太阳能特级或电子级硅原料。3.根据权利要求1所述的制备太阳能级N型单晶硅的方法，其特征在于：步骤（1）及步骤（5）中所述的N型母合金均为30#基磷的N型母合金。4.根据权利要求1所述的制备太阳能级N型单晶硅的方法，其特征在于：步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟涛，王海庆，路景刚，
申请(专利权)人：包头美科硅能源有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15