一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置制造方法及图纸

一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置，其包括炉体及掺杂补偿单元，该炉体包括上炉体与下炉体，该掺杂补偿单元设置于上炉体上，并包括承载掺杂补偿剂的承载件和驱动所述承载件前进或者后退的驱动件。其中，承载件连接于驱动件上，驱动件设置于上炉体上。该在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置可将制备的90％的晶体硅硅锭的电阻率控制在1.0～3.0Ω·cm的范围内，有利于提高硅料的利用率，从而降低生产成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置
本技术涉及太阳能光伏材料制备领域，特别是涉及一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置。
技术介绍
太阳能光伏发电是目前发展最快的可持续能源利用的形式之一，晶体硅太阳单晶硅或多晶硅电池是光伏发电的主流产品，生产电池的硅片是从单晶硅锭或多晶硅锭切片获得，所以硅片要求的电学性能必须在铸锭的生产过程中完成。对于晶体硅太阳能电池而言，其光电转换效率与硅片的电阻率有关。目前，晶体硅材料的电阻率一般控制在I 3Ω . Cm的范围内。如果电阻率过高(> 3Ω · cm) ，将会引起电池的串联电阻增加，其短路电流将减小，因而电池的光电转换效率会降低；如果电阻率太低(<1Ω ·_)，俄歇复合效应同样会降低少子的有效寿命，也会导致电池光电转换效率降低。对于N型晶体硅和其它P型晶体硅而言，其内的掺杂剂的分凝系数都比较小，例如，磷的分凝系数为O. 35，砷的分凝系数为O. 30，锑的分凝系数为O. 023，镓的分凝系数为O. 08，较小的分凝系数意味着偏析较为严重，所以在硅晶体生长完成后，电阻率沿晶体生长方向变化很大。例如，对于掺磷或掺砷的N型硅晶体，若熔化后结晶的初始电阻率为3. O Ω .cm,则在其凝固到最终形成硅锭的晶体高度的70%左右时，其电阻率通常会低于I Ω ·_，导致部分晶体硅不能使用，这将大大限制硅锭的利用率，增加生产成本。
技术实现思路
基于此，有必要提供了一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置，可以将经由定向凝固所形成硅锭的晶体高度的90%的电阻率控制在I 3Ω · cm的范围内。一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置，包括炉体，其包括上炉体与下炉体，掺杂补偿单元，设置于所述上炉体上，所述掺杂补偿单元包括承载掺杂补偿剂的承载件和驱动所述承载件前进或者后退的驱动件，所述承载件连接于所述驱动件上，所述驱动件设置于所述上炉体。在优选的实施例中，所述承载件具有与驱动件相连接的连杆及夹持掺杂补偿剂的夹头，其中，所述夹头连接于所述连杆的端部。在优选的实施例中，所述装置还包括一个气体导流筒，所述掺杂补偿单元设置在所述气体导流筒内。在优选的实施例中，所述装置还包括固定于炉体上的隔热组件，所述隔热组件包括位于坩埚上方的顶隔热板、位于坩埚下方的下隔热板及位于坩埚四周的侧隔热笼。本技术利用掺杂单元在硅熔体中添加电阻率补偿剂来控制小分凝系数多晶硅的电阻率。在晶体生长过程中以掺杂补偿单元在硅熔体内逐步添加掺杂补偿剂(例如硼)，从而达到有效地控制在晶体长晶过程中晶体硅的电阻率的目的。由于用来补偿的掺杂补偿剂(例如硼)的含量很少且主要位于硅锭的头部，在晶体硅硅锭头部的氧含量很低，因此微量的掺杂补偿剂(例如硼)引起的光衰减效应很小。本装置生产出的晶体硅硅锭再经切割形成的硅片可以用来制备高效的太阳能电池。由于可将制备的90%的晶体硅硅锭的电阻率控制在I. O 3. O Ω * cm的范围内，有利于增加硅料的利用率，从而降低生产成本。附图说明图I是本技术一个实施例的装置在硅料加热熔融阶段的示意图；图2是图I所示装置在硅熔体定向凝固阶段的示意图；图3是图I所示装置的掺杂补偿单元的放大示意图；图4为实施例I中掺杂补偿单元的承载件的运动距离和速度与晶体高度的关系示意图；·图5为实施例I中电阻率与晶体高度的关系示意图；图6为实施例2中电阻率与晶体高度的关系示意图；图7是实施例3中掺杂补偿单元的承载件运动距离和速度与晶体高度的关系示意图；图8是实施例3中电阻率与晶体高度关系图；上炉体1，下炉体2，侧隔热笼3，顶隔热板4，下隔热板5，提升杆6，气体导流筒7，电极8，石墨支柱9，加热器10，热交换块11，环状隔热条12，坩埚13，坩埚护板14，连杆15，夹头16，硅料17，掺杂补偿剂18。具体实施方式以下结合附图对本技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。如图I所示，一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置包括炉体，该炉体包括上炉体I与下炉体2，该上炉体I上设置一个掺杂补偿单元，该掺杂补偿单元包括承载掺杂补偿剂18的承载件和驱动所述承载件前进或者后退的驱动件，该承载件连接于该驱动件上，该驱动件设置于该上炉体I。该炉体内可设置隔热组件，该隔热组件固定于炉体上。在形成晶体硅时，隔热组件内可以进一步设置坩埚13，其内放置有硅料17。隔热组件与坩埚13之间具有加热器10，上炉体I上设有穿过炉体和隔热组件到达坩埚13顶部的气体导流筒7，掺杂补偿单元可以设于气体导流筒7内。隔热组件包括位于坩埚13上方的顶隔热板4、位于坩埚13下方的下隔热板5及位于坩埚13四周的侧隔热笼3。掺杂补偿单元的承载件具有固定于驱动件上的连杆15和与连杆15相连、夹持掺杂补偿剂18的夹头16。在下炉体2内固定有石墨支柱9。下隔热板5和热交换块11以从下到上的顺序支撑在石墨支柱9上。上炉体I上固定有提升杆6。提升杆6的两端分别以丝杆滑块的形式连接于上炉体I和侧隔热笼3，提升杆6可以被外接驱动机构所驱动进而带动侧隔热笼3上下运动以控制侧隔热笼3相对下隔热板5在炉体内的升降。从图I中可以看出，在周向上，侧隔热笼3的底部具有与下隔热板5的顶部边缘相适配的形状，这样，在提升杆6的作用下，当侧隔热笼3处于最低位置时，侧隔热笼3和下隔热板5刚好配合在一起。顶隔热板4和加热器10通过电极8悬挂在上炉体I上并固定不动，顶隔热板4的中央设有气体导流筒7，经由该气体导流筒7，可以向装置内充入保护气，例如氩气。在侧隔热笼3、顶隔热板4和下隔热板5形成的容腔中，坩埚护板14的内壁紧贴着坩埚13的外壁并被承载于热交换块11上。其中，坩埚13内容纳有待加热的硅料17。其中，该硅料17为晶体硅和适量的掺杂剂，该晶体硅可以为多晶硅也可以为单晶硅。该掺杂剂可以为硅-磷、硅-砷、硅-锑等N型母合金，或者为磷、砷、锑等N型半导体元素。该掺杂剂也可以为P型母合金或P型半导体元素，如硅-硼或硅-镓或硅-铝合金，硼、镓或铝元素。此处掺杂剂的导电类型应保证与掺杂补偿剂的导电类型相反。加热器10靠近坩埚13的顶部和侧部布置，另外，热交换块11的底部周边还固定有环状隔热条12，以起到隔热的作用。装置的掺杂补偿单元包括承载件和驱动件。其中，承载件具有与驱动件相连接的连杆15及夹持掺杂补偿剂18的夹头16，其中，该夹头16连接于连杆15的端部，掺杂补偿剂18被夹头16夹持，其下端高于装置内布置于顶部的加热器10。由图3可知，上述的连杆15和夹头16被容纳在气体导流筒7内。该驱动件可以为马达或其它合适的部件，该掺杂补偿剂18为P型母合金或P型半导体元素，如硅-硼或硅-镓或硅-铝合金，硼、镓或铝元素，也可以为N型母合金或N型半导体元素，如硅-磷或硅-砷或硅-锑母合金，磷或砷或锑元 素。此处掺杂补偿剂的导电类型应保证与掺杂剂的导电类型相反。例如，当掺杂补偿剂为掺硼硅料、掺镓硅料、掺铝硅料等P型硅料时，掺杂剂为硅-磷、硅-砷、硅-锑等N型母合金，或者为磷、砷、锑等N型半导体元素；当掺杂补偿剂为掺磷硅料、掺砷硅料、掺锑硅料等N型硅料时，掺杂剂为硅-镓母合金、硅-铝母合金或者镓元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在晶体硅形成过程中控制电阻率的装置，包括：炉体，其包括上炉体与下炉体，掺杂补偿单元，设置于所述上炉体上，所述掺杂补偿单元包括承载掺杂补偿剂的承载件和驱动所述承载件前进或者后退的驱动件，所述承载件连接于所述驱动件上，所述驱动件设置于所述上炉体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏，胡亚兰，郑玉芹，徐岩，
申请(专利权)人：江苏协鑫硅材料科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：