升级冶金级硅原料的质量控制方法技术

本发明专利技术提供一种用于确定UMG-Si原料批中的硼和磷浓度的质量控制方法。通过来自于UMG-Si原料批的熔化UMG-Si的定向固化形成硅测试锭。测量所述硅测试锭的自上而下的电阻率。然后，映射所述硅测试锭的电阻率分布。基于所述硅测试锭的所述电阻率分布，计算所述UMG-Si硅原料批的磷和硼浓度。此外，可以在多炉腔晶体生长器中同时生长多个测试锭，其中每个测试锭对应于一个UMG-Si原料批。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及硅处理的领域，本专利技术特别涉及升级冶金级硅的提纯。
技术介绍
光伏(PV)行业正在快速增长，除了更传统的集成电路(IC)应用之外，光伏行业消耗的硅的数量也在增长。目前，太阳能电池行业的硅需求开始与IC行业的硅需求相匹敌。以目前的制造技术，集成电路(IC)和太阳能电池行业都需要精炼、提纯的硅原料作为原材料。太阳能电池的材料选择范围包括从单晶、电子级(EG)硅到较脏的冶金级(MG)硅。EG硅使太阳能电池具有接近理论极限的效率，但是价格过高。另一方面，MG硅通常不能制造有效的太阳能电池。使用多晶硅的早期太阳能电池仅能获得很低的大约6%的效率。本文中，效率是入射到电池上的能量与采集并转化为电流的能量之比的度量。但是，可能存在其他可用于太阳能电池制造的半导体材料。但是实际上，几乎90%的商用太阳能电池由单晶硅制成。目前，通过更高纯度的材料和改进的处理技术，市售电池的效率可达到。这些工程进步已帮助行业接近理论极限，即对于单结硅太阳能电池的效率为31%。由于获得和使用高纯度硅原料的高成本和复杂处理要求，并由于与来自IC行业的需求的竞争，EG、MG或使用已知处理技术的其他硅生产商不能满足用于太阳能电池的硅需求。只要这种不足状态持续，就不能得到用于大规模电能制造的经济的太阳能电池。几个因素决定了可用于太阳能电池制造的原料硅材料的质量。硅原料质量经常根据材料中存在的杂质的量波动。为了提高硅原料质量，待控制和去除的主要元素是硼(B)、磷(P)和铝(Al)，因为它们显著影响硅的电阻率。基于升级冶金(UM)硅的原料硅材料经常包含类似量的硼和磷。虽然可以使用化学分析来确定特定元素的浓度，但是这种方法要求很小的样本尺寸(几克)，并经常给出可变的结果，例如存在的硼的量可能从按质量计的百万分之(ppmw)零点五变化到按质量计的百万分之一。此外，对不同批的化学分析给出一致的硼和磷浓度，但是电学参数存在巨大变化。这些不可靠的结果可能是由于相对较少的杂质产生的巨大影响。电阻率是用于制造太阳能电池的硅(Si)的最重要特性之一。这是因为太阳能电池效率敏感地取决于电阻率。现有技术的太阳能电池技术通常要求电阻率值在0. 5 Ω cm和5. OQcm之间。目前制造的基于UM硅的原材料经常表现出低于由太阳能电池生产商指定的0.5Qcm的最小电阻率的基体电阻率。其简单原因是用于升级UM-Si的昂贵工艺主要涉及除掉非金属，包括掺杂物原子B和P。为了降低成本，显然的倾向是最小化该处理，即UM-Si通常仍然包含高浓度的掺杂物原子。在获得升级冶金硅的过程中，通常使用定向固化过程中的分凝(segregation)来实现提纯。杂质去除方法包括定向固化，该定向固化将所得硅锭的最后一部分中的杂质(例如B、P、A1、C和过渡金属元素)浓缩以结晶——通常在锭的顶部。在理想的情况下，定向固化过程中的结晶自上而下是均勻的，并且固液交界面在整个锭中是平面的。这将导致在锭中自上而下具有一致的杂质浓度分布(profile)，从而能够根据去除锭的顶部的穿过锭的一次平面切割去除锭中的杂质。但是，控制定向固化过程中的热场是困难的，并经常导致硅锭中晶体的不均勻生长。这导致锭中的不均勻的自上而下的杂质浓度分布(即从锭的一端到另一端)。在大量硅的批量生产中这种效果被进一步放大。由于锭的不同区域具有不同的杂质分布，并因此具有不同的电阻率分布(resistivity profile)，穿过锭的平面切割不能在去除大部分浓缩杂质的同时最大化可用硅产物。此外，引入的UMG-Si原料质量的可变性需要用于测试和分析UMG-Si材料质量的控制过程。通常，诸如硼(B)和磷(P)的元素可能降低Si原料质量。如果不控制在特定的浓度极限内，这些元素将使锭的电阻率产生相当大的变化。其他元素，例如但不限于碳、氧、氮、以及具有这些元素的化合物(特别是SiC)，也可能降低锭的质量。由于这些以及类似杂质的巨大影响，应当分析和测试原料材料以保证良好的质量。来料的杂质和电阻率在批与批之间的变化影响锭的自下而上的电阻率和产物(η型部件相对于P型部件)。UMG-Si原料供应商可能不会对他们运输到其客户的材料严格地建立质量控制。经常，由于相对较少的杂质产生的巨大影响，典型的化学分析产生不可靠的结果。此外，相对于原料批中的硼和磷浓度的可变性，供应商通常测试的样本尺寸过小。此外，重叠的测量误差使得测量结果不确定。当对不同批的化学分析获得相同的硼和磷含量但是电学参数有变化时，出现测量误差的迹象。对于依靠多个UMG-Si原料批来铸造硅锭的公司来说，批之间的这些变化是不能接受的。
技术实现思路
因此需要一种提供可靠的杂质数据/测量值的UMG-Si原料材料的质量控制方法。所述方法必须是准确的，并能够根据样本测试锭为原料批提供杂质数据。还需要更准确地识别UMG-Si原料材料批中的杂质浓度分布，从而提供商可以更可靠地制造符合理想杂质浓度阈值的UMG-Si，并且太阳能电池制造商可以提高硅晶片产量。还需要一种确定基于UMG的多晶硅材料的杂质浓度的简单方法，所述多晶硅材料来自于具有良好的锭产物以及增强的机械和电学特性的材料，其中电学特性涉及太阳能电池的质量。该方法能够被方便地转用至更高级别的非UMG原料硅，所述原料硅例如通过应用CZ技术或FZ技术而部分地或专门地用于结晶单晶硅材料。根据所公开的主题，提供一种用于确定批UMG-Si原料中的硼和磷浓度的方法，其基本上消除或减小与先前开发的UMG-Si杂质浓度确定方法相关的缺点和问题。本公开提供一种确定批UMG-Si原料中的硼和磷浓度的方法。通过来自于UMG-Si原料批的熔化UMG-Si的定向固化，形成硅测试锭。自上而下测试硅测试锭的电阻率。然后，映射硅测试锭的电阻率分布。通过硅测试锭的电阻率分布，计算UMG-Si硅原料批的硼和磷浓度。根据所公开的主题的一方面，来自于不同批的UMG-Si原料同时生长多个硅测试Iio本公开的技术优点包括关于硅杂质浓度的更准确的数据，其能够获得更高的可用硅产物、UMG-Si过程控制改进、以及UMG-Si制造效率和成本改进。基于测试锭的电阻率分布来计算UMG-Si原料批的杂质浓度的另一个技术优点包括更一致和准确的杂质浓度测量。根据本文提供的描述，所公开的主题以及其他新颖的特征将显现。
技术实现思路
部分不用于详尽地描述要求保护的主题，而是功能性地提供一些主题的简要概述。通过考察以下附图和具体实施方式，在此提供的其他系统、方法、特征和优点将对本领域技术人员变得明显。本说明书中包含的所有其他的系统、方法、特征和优点都在权利要求的范围内。附图说明为了彻底理解所公开的主题及其优点，现在参考结合附图的以下描述，图中，相同的附图标记表示相同的特征，其中图1 (现有技术)是用于降低硅中的硼、磷和铝含量的过程流；图2是显示不同批的UMG原料中的实际测量杂质的曲线图；图3是显示UMG-Si锭中的杂质硼和磷的浓度分布的曲线图；图4是显示图3所示的UMG-Si锭的电阻率分布(计算的电阻率对比测量的电阻率)的曲线图；图5显示定向固化之后的UMG-Si锭的剖面图像；图6是定向固化之后的UMG-Si锭的剖面图像，其中根据所公开的主题生成剪切线.一入 ，图7是硅锭的三维固化交界面的图解描述；图8是显示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·欧纳杰拉，M·瓦莱蕾西亚卡，A·儒伊尼，M·霍伊尔，O·西德克海尔，A·布洛斯，F·基施特，
申请(专利权)人：卡利太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：