[發明專利]提高多晶硅光伏電池轉換效率的方法

無效

• 申請號: 201110111687.2
• 申請日: 2011-04-30
• 公開（公告）號: CN102220642A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 熊震;張弛;付少永;黃振飛;劉振淮;黃強
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: C30B33/00
• 分類號: C30B33/00;C30B33/02;H01L31/18
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及一種提高多晶硅光伏電池轉換效率的方法。

背景技術

在晶體的生長過程中，由于熱應力和雜質等因素的共同作用，不可避免地會出現空位、位錯、晶界等微缺陷。這類微缺陷具有不同于完美晶體周期性結構的原子排列方式，作為活性中心而顯著影響著晶體的電、光、磁、熱等物理性能。因此有針對性地減少甚至消除微缺陷是晶體生長的一個重要目標。

熱等靜壓技術是一種采用氣體在適當高溫下對燒結體進行均勻加壓的技術。當爐膛溫度達到燒結體晶粒的軟化溫度(熔點的75～95％)而又低于其熔點時，原子的活性較高，擴散速率加快。此時對燒結體施以惰性氣體(或混有燒結體材料本身的蒸汽)加壓，外來壓力會驅使不規則排列原子的擴散，達到快速降低晶體微缺陷的目的。

日本株式會社神戶制鋼所在所申請的日本專利(P2001-158700A)中提出，采用熱等靜壓技術對單晶體或純度不低于99.999999999％的多晶體進行熱處理，期望通過該方式來消除晶體微缺陷。日本的Mitsubishi?Materials?Silicon?Corporation又在美國申請的專利(US?6447600B1)中針對單晶體提出采用熱等靜壓來降低晶體微缺陷。

上述兩項專利主要都是針對單晶體(如GaAs、InP、ZnS、Si等)，但單晶體的微缺陷濃度相對于多晶體存在數量級的差異，微缺陷對多晶體性能的影響要遠高于對單晶體的影響，因此，降低多晶體的微缺陷在實際生產中將發揮更重要的意義。雖然在專利P2001-158700A中亦提到對多晶體的熱處理，但對多晶體的純度限制在不低于99.999999999％的高純量級。

近年來，多晶硅光伏電池得到了迅猛發展，采用廉價的低純度冶金級硅(6N～8N)所制備的光伏電池轉換效率亦達到了15～17％，該種多晶硅中由于存在點缺陷、位錯、晶界等大量微缺陷，作為少子復合中心而限制了轉換效率的進一步提高。因此，針對制備光伏電池用的多晶硅的熱等靜壓處理技術，將會顯著提高晶體的少子壽命，從而提升轉換效率，并同時降低光伏發電成本，對光伏領域的高效化、低成本化意義重大。

多晶硅光伏電池對雜質非常敏感，因此傳統的石墨發熱體可能會因為滲碳等原因而導致熱處理的多晶硅中碳含量偏高，造成晶體的污染。針對此種弊端，本發明特提出兩種方案來解決。一是采用高熔點的惰性金屬如鉭箔來包裹多晶硅晶體；二是更改石墨發熱體為MoSi₂等其它惰性發熱體。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種降低晶體硅微缺陷從而提高光電轉換效率的方法，采用的熱等靜壓處理手段能有效減少晶體硅中的微缺陷含量，延長少子復合壽命，提高光電轉換效率。

本發明所采用的技術方案為：一種提高多晶硅光伏電池轉換效率的方法，包括以下步驟：

1)將需要進行處理的多晶硅基材料置于熱等靜壓爐爐腔中，爐腔發熱體為石墨、鉬、鉭或二硅化鉬；

2)向抽取真空的爐腔中通入惰性氣體，使爐腔內惰性氣體的濃度達到99.999％以上；

3)加熱爐腔，以0.1～30℃/分鐘的速率使其升溫至900～1380℃，并在該溫度下保溫0.1～10小時，爐腔壓力為0.5～250MPa；

4)以10～50℃/分鐘的速率冷卻至室溫，爐腔壓力逐漸減小至大氣壓，開爐腔，取出多晶硅基材料。

所述的步驟2)中通入的惰性氣體為氬氣或氮氣，所述的多晶硅基材料為多晶硅硅錠、多晶硅硅片或多晶硅電池片。

通過上述方法處理過的多晶硅基材料，其微結構特征表現在硅基材料的微缺陷含量得到大幅度的降低。如位錯濃度從10⁵個/cm²降低至10⁴個/cm²量級，晶界濃度從3～10cm/cm²減少至0.5～1cm/cm²。

通過上述方法處理過的晶體硅基材料，其性能特征表現在硅基材料的少子壽命得到大幅度提高。如裸硅片的少子壽命從1～3μs提高至7～10μs，多晶硅電池片的少子壽命從15～20μs提高至30～40μs。注：少子壽命在semilab公司生產的wt-2000上采用同一注入濃度測試。

通過上述方法處理過的多晶硅基材料，其性能特征表現在電池片或由其采用相同方法制備的電池片的光電轉換效率得到大幅度提升。如多晶硅電池片的光電轉換效率由16.8％提高至17.5％，單晶硅電池片的光電轉換效率由18.0％提高至18.5％。