单晶硅及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种单晶硅及其制备方法。该制备方法为直拉法，包括在惰性气体的环境下对多晶硅料进行熔融和拉晶的步骤；其中在该制备方法中添加掺杂剂，所述掺杂剂包括镓和锑。本发明专利技术提供的制备方法可以使掺镓单晶硅的纵向电阻率分布均匀，兼顾单晶硅的电阻率和生产成本。本。

【技术实现步骤摘要】
单晶硅及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种单晶硅及其制备方法。

技术介绍

[0002]单晶硅是生产太阳能电池的主要材料之一。在传统太阳能电池的生产技术中，掺硼的单晶硅被广泛应用，但是掺硼的单晶硅中的替位态硼原子和间隙态氧原子在光照下或载流子注入下会形成硼氧复合体，而硼氧复合体是深能级复合中心，它会导致光电转换效率衰减，降低太阳能电池的发电效率。
[0003]随着技术的发展，掺镓单晶硅逐步取代了掺硼单晶硅而被广泛应用于太阳能电池的制备，因为它可以有效避免硼氧复合体的产生，很好的解决光衰问题，但由于掺镓直拉单晶硅具有电阻率离散性大的缺点，因此，所制备的单晶硅的头部和尾部的电阻率差异较大。原因在于，镓的分凝系数(在熔体中拉制单晶时，晶体固体中的掺杂浓度与界面处熔体液体的掺杂浓度比值定义为分凝系数)为0.008左右，硼的分凝系数为0.8，因此，相比与硼来说，镓的掺杂难度非常大，在拉制掺杂过程中，大部分的镓会沉积到单晶硅棒的尾部，致使尾部的电阻率变得很低，若以这部分低电阻率的单晶硅为基体制备电池，则电池的效率会偏低，漏电很大；如果将该尾部切割废弃，则单晶硅棒的利用率低，即生产成本增加。
[0004]因此，需要提供一种可以兼顾单晶硅的电阻率和生产成本的单晶硅的制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可以兼顾单晶硅的电阻率和生产成本的单晶硅的制备方法。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种单晶硅的制备方法，该制备方法为直拉法，包括在惰性气体的环境下对多晶硅料进行熔融和拉晶的步骤；其中在该制备方法中添加掺杂剂，掺杂剂包括镓和锑。
[0008]可选地，镓和锑为固体镓和固体锑。
[0009]可选地，固体镓和固体锑为粉末状。
[0010]可选地，固体镓的粒径为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为5mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，固体锑的粒径为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为20mm以下，更优选为10mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，更优选为5mm以上。
[0011]可选地，该方法在直径为90cm以上的单晶炉中进行，优选在内径为100cm的单晶炉中进行，更优选在内径为110cm的单晶炉中进行，更优选在内径为120cm的单晶炉中进行，更优选在内径为140cm的单晶炉中进行，更优选在内径为150cm的单晶炉中进行。
[0012]可选地，掺杂剂以单晶硅头部电阻率在1.0～1.3Ω
·
cm范围内为标准进行添加。
[0013]可选地，熔融的温度为1400～1420℃。
[0014]可选地，镓和锑的质量比为(64～65):(48～49)；优选为64.5:48.5。
[0015]可选地，步骤用于在一个单晶炉中制备n棒单晶硅，n为大于等于2的整数，在制备前n
‑
1棒单晶硅时仅添加镓作为掺杂剂，在制备第n棒单晶硅时同时加入镓和锑。
[0016]可选地，在制备前n
‑
1棒单晶硅时，镓的添加量以单晶硅头部电阻率为1.0
‑
1.3Ω
·
cm的标准执行；在制备第n棒单晶硅时，镓和锑的添加总量以单晶硅头部的电阻率为1.0
‑
1.3Ω
·
cm的标准执行；
[0017]可选地，n＝4，且锑与多晶硅料的质量比为(12～14)：330000，优选为13：330000；
[0018]可选地，惰性气体为氩气。
[0019]另外，本专利技术还提供一种单晶硅，在硅基体中包含镓和锑元素。
[0020]可选地，单晶硅为p型单晶硅。
[0021]可选地，单晶硅为圆柱体形状。
[0022]可选地，所述圆柱体的直径为210～220mm。
[0023]可选地，所述单晶硅的头部电阻率为1.0～1.3Ω
·
cm；
[0024]可选地，所述单晶硅的电阻率平均值为1.1～1.2Ω
·
cm。
[0025]本专利技术在掺镓单晶硅的制备方法的基础上，掺入元素锑，从而提升直拉单晶法(CZ法，Czochralski法)所制备的单晶晶棒尾部的电阻率，使其满足电池的需求，同时也相应地提升了晶棒的利用率。因此，本专利技术的单晶硅的制备方法可以兼顾单晶硅的电阻率和生产成本。
具体实施方式
[0026]以下，详细说明本专利技术的技术方案。
[0027]本专利技术的第一方面提供一种单晶硅的制备方法，该制备方法为直拉法，包括在惰性气体的环境下对多晶硅料进行熔融和拉晶的步骤；其中在该制备方法中添加掺杂剂，所述掺杂剂包括镓和锑。
[0028]与硼的分凝系数0.8相比，镓的分凝系数较低，为0.008左右。易言之，镓不容易掺入至单晶硅，因此在直拉法制备单晶硅的初始阶段，初始形成的单晶硅(即单晶硅棒的头部)中的镓的含量较低，然而在直拉法制备单晶硅的最后阶段，剩余的镓将以沉积的方式进入到最后形成的单晶硅(即单晶硅棒的尾部)中，而此时因镓的过剩而导致镓的含量较高。从单晶硅棒整体而言，单晶硅棒的头部和尾部的镓含量差异较大，从而导致电阻率差异较大。
[0029]而锑的分凝系数为0.023，与镓较为接近，因此可以对镓形成良好的补偿。具体而言，在利用直拉法制备单晶硅的方法中，一方面，向多晶硅料中掺入适量的材料镓，引入多子空穴，可以得到预设的电阻率的单晶硅；另一方面，向多晶硅料中掺入适量的材料锑，引入自由电子，补偿硅晶体中尤其是单晶硅棒的尾部的空穴，降低单晶硅棒的尾部的净掺杂浓度。结果是，利用直拉法制备的单晶硅棒的纵向电阻率分布更均匀，从而可以延长生产中单晶硅棒的长度。
[0030]在一些实施方案中，所述镓和锑为固体镓和固体锑。例如所述固体镓和固体锑为粉末状。所述固体镓的粒径可以为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为5mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，固体锑的粒径为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为20mm以下，更优选
为10mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，更优选为5mm以上。固体状态的镓或锑更容易加入至拉晶用的单晶炉中，操作更为便捷。虽然在现有技术例如CN102912424B中公开了一种提高直拉单晶硅轴向电阻率均匀性的方法，其采用了气体与固体配合的制备方法，但是气体和固体的配合方式操作较为复杂。
[0031]在一些实施方案中，本专利技术的单晶硅的制备方法在内径为90cm以上的单晶炉中进行，例如可以在内径为100cm、110cm、120cm、140cm、150cm等单晶炉中进行。关于所使用的单晶炉，例如型号为90的单晶炉可以提供内径为90cm的单晶炉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅的制备方法，其特征在于，该制备方法为直拉法，包括在惰性气体的环境下对多晶硅料进行熔融和拉晶的步骤；在该制备方法中添加掺杂剂，所述掺杂剂包括镓和锑。2.根据权利要求1所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，所述镓和锑为固体镓和固体锑；优选地，所述固体镓和固体锑为粉末状。3.根据权利要求2所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，所述固体镓的粒径为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为5mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，所述固体锑的粒径为100mm以下，优选为80mm以下，更优选为50mm以下，更优选为30mm以下，更优选为20mm以下，更优选为10mm以下，优选为1mm以上，更优选为2mm以上，更优选为5mm以上。4.根据权利要求2所述的单晶硅的制备方法，其特征在于，该方法在内径为90cm以上的单晶炉中进行，优选在内径为100cm的单晶炉中进行，更优选在内径为110cm的单晶炉中进行，更优选在内径为120cm的单晶炉中进行，更优选在内径为140cm的单晶炉中进行，更优选在内径为150cm的单晶炉中进行。5.根据权利要求2所述单晶硅的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂以单晶硅头部电阻率在1.0～1.3Ω
·
cm范围内为标准进行添加；优选地，所述熔融的温度为1400～1420℃，所述镓和锑的质量比为(64～65):(48～49)；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志敏，王贵梅，刘苗，
申请(专利权)人：晶澳太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：