一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法及铸锭方法技术

本发明专利技术涉及一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，包括测量欲投入坩埚内各种硅料的硼元素浓度C

A method for calculating the weight of master alloy and ingot of crystalline silicon ingot

The invention relates to a method for calculating the weight of master alloy of crystalline silicon ingot, which includes measuring the boron concentration C of various silicon materials to be put into the crucible

【技术实现步骤摘要】
一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法及铸锭方法
本专利技术涉及晶硅铸锭领域，特别是涉及一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法,还涉及一种基于前述计算方法的晶硅铸锭方法。
技术介绍
面对环境保护的压力以及化石能源不可再生的缺点，太阳能光伏以一种新能源的形式呈现蓬勃发展趋势，太阳能具有无污染、可再生、应用范围广等优点。其中，多晶硅片由于其高性价比的优点成为光伏行业主流产品，广泛用于制作太阳能电池。多晶硅片通过多晶铸锭以及开方切片所产生。铸锭过程为将硅料装于坩埚内，放入炉体中经过加热熔化长晶冷却后得到硅锭，硅锭的示意结构如图1所示，硅锭晶体生长方向为竖直向上，从尾部2开始长晶，至顶部1结束长晶，尾部2坐标为0，顶部1的坐标为硅锭高度L，X为介于尾部2和顶部1之间的任一位置。多晶硅太阳电池的光电转换效率与多晶硅片的电阻率密切相关。因此需要将用于制作太阳电池的硅锭电阻率控制在合适的范围，目前硅锭电阻率的控制通常是通过在硅料中加入定量的硼磷掺杂元素实现。硅材料为半导体材料，三族元素硼掺入硅材料后提供空穴作为多数载流子形成P型半导体，五族元素磷掺入硅材料后提供电子作为多数载流子形成N型半导体，硼磷共掺的硅材料电阻率由电子和空穴补偿后的净载流子浓度决定，导电类型由电子和空穴补偿后的净载流子类型决定，目前用于太阳电池的多晶硅片绝大部分为P型。对硅料中加入的硼磷经过晶体生长分凝过程在介于尾部和顶部的任一位置有一个对应特定浓度，从硅锭尾部按照晶体生长方向至硅锭顶部排列形成浓度分布，对应了硅锭从尾部至顶部的电阻率分布。一般情况下，装于坩埚内的硅料由不同电阻率的多种硅料组成，包括原生多晶硅料，多晶硅循环料等，每种硅料的硼掺杂浓度和磷掺杂浓度分别对应空穴浓度和电子浓度，硅锭硼掺杂浓度为坩埚内所有硅料硼掺杂总量与硅锭重量的比值，硅锭磷掺杂浓度为坩埚内所有硅料磷掺杂总量与硅锭重量的比值，其中原生多晶硅料的硼掺杂浓度与磷掺杂浓度较低，为了得到合适电阻率的P型硅锭，需要往坩埚内加入一定重量掺杂硼元素浓度较大的硅硼合金，简称母合金。因此，精确控制掺杂的母合金的重量对于将硅锭电阻率控制在目标范围而言就至关重要。
技术实现思路
基于此，有必要针对如何将硅锭电阻率控制在目标范围的问题，提供一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，该方法可以准确计算出需要掺杂的母合金的重量，进而快速完成掺杂。本专利技术提出一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，包括以下步骤：测量欲投入坩埚内各种硅料的硼元素浓度CiB，坩埚内各种硅料的磷元素浓度Cip，各种硅料的重量mi，及需要掺杂的母合金的硼元素掺杂浓度CXB；根据以下公式计算需要掺杂的母合金的重量：其中，ρt:目标电阻率；CiB为坩埚内第i种硅料的硼元素浓度，CiP为第i种硅料的磷元素浓度，mi为第i种硅料的重量。上述计算方法，通过目标电阻率测算出硅锭硼磷补偿净浓度，再根据专利技术人提出的硅锭硼磷补偿净浓度与母合金的关系式测算需要掺杂的母合金的重量，这样操作人员在掺杂时能够准确地获知需要掺杂的母合金的重量,进而快速完成母合金掺杂，且使铸锭得到的硅锭的目标电阻率一致；或误差极小,在可接受范围之内。在其中一个实施例中，所述硅料包括两种以上的硅料。在其中一个实施例中，所述硅料包括硼元素浓度不同的两种以上的硅料。在其中一个实施例中，所述两种以上的硅料类型不同，浓度不同。在其中一个实施例中，所述硅料包括原生多晶硅料、多晶硅循环料。在其中一个实施例中，所述母合金为硅硼合金。在其中一个实施例中，所述硅料括两种浓度不同的同一类型的硅料。还提出一种晶硅铸锭方法，包括以下步骤:根据前述任一项的方法计算出需要掺杂的母合金的重量；将所述母合金及硅料掺杂在一起并投入坩埚，加热熔化；控制所述坩埚内的温度，沿垂直于坩埚底部的方向形成由下向上逐步升高的温度梯度，使熔化的硅液自下至上定向凝固，得到硅锭。在其中一个实施例中，所述硅锭的电阻率与所述目标电阻率一致。在其中一个实施例中，所述硅锭的电阻率与所述目标电阻率误差在正负0.01Ω.cm内。附图说明图1为本专利技术实施例的硅锭的示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提出一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，根据该方法,操作人员在掺杂时能够准确地获知需要掺杂的母合金的重量,进而快速完成母合金掺杂，且铸锭得到的硅锭的目标电阻率一致；或误差极小,在可接受范围之内。本专利技术的实施例中，母合金指硼元素浓度较大的硅硼合金。铸锭得到的硅锭为具有合适电阻率的P型硅锭,结构如图1所示。本专利技术中，硅锭既可是铸造多晶硅锭，也可以是铸造单晶硅锭。为了探寻母合金重量与目标电阻率的关系，本专利技术的专利技术人进行了仔细的研究。专利技术人发现，以多晶硅铸锭为例，多晶硅铸锭过程中，硅料中加入的硼磷经过晶体生长分凝过程在介于尾部和顶部的任一位置X有一个对应特定浓度，从硅锭尾部按照晶体生长方向至硅锭顶部排列形成浓度分布，对应了硅锭从尾部至顶部的电阻率分布。根据分凝效应可知C＝K×C0×(1-X)(K-1)，其中C为硅锭某位置的某元素的浓度，K为该元素的分凝系数，C0为该元素的初始浓度，X为凝固分数，即凝固长度与总长度的比例，对于硼元素，分凝系数为0.8，磷元素为0.35。根据F723-ASTM标准，硼元素浓度与硅材料电阻率关系如下：N＝1.33×1016/ρ+1.082×1017/ρ/(1+(54.56×ρ)1.105)其中ρ为硅材料电阻率，N为硼元素浓度；磷元素浓度与硅材料电阻率关系如下：N＝6.242×1018/ρ×10Z其中Z＝(A0+A1×X+A2×X2+A3×X3)/(1+B1×X+B2×X2+B3×X3)X＝log10ρA0＝-3.1083A1＝-3.2626A2＝-1.2196A3＝-0.13923B1＝1.0265B2＝0.38755B3＝0.041833其中ρ为硅材料电阻率，N为磷元素浓度；同时根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n测量欲投入坩埚内各种硅料的硼元素浓度C

【技术特征摘要】
1.一种晶硅铸锭的母合金重量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量欲投入坩埚内各种硅料的硼元素浓度CiB，坩埚内各种硅料的磷元素浓度Cip，各种硅料的重量mi，及需要掺杂的母合金的硼元素掺杂浓度CXB；
根据以下公式计算需要掺杂的母合金的重量：



其中，ρt:目标电阻率；CiB为坩埚内第i种硅料的硼元素浓度，CiP为第i种硅料的磷元素浓度，mi为第i种硅料的重量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅料包括两种以上的硅料。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅料包括硼元素浓度不同的两种以上的硅料。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述两种以上的硅料类型不同，浓度不同。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖继龙，张琪，张华利，胡动力，游达，
申请(专利权)人：江苏协鑫硅材料科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32