[發(fā)明專利]一種硼-鎵共摻準單晶硅及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110388683.9
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102400219A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃新明;鐘根香;明亮
• 申請（專利權(quán)）人: 東海晶澳太陽能科技有限公司;南京工業(yè)大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B11/00;C30B28/06
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 李海波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硼-鎵共摻準單晶硅及其制備方法。

背景技術(shù)

世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)自80年代以來得到了迅速發(fā)展，平均年增長率達到30%，成為增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。其中，晶體硅憑借其性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟等優(yōu)勢占據(jù)光伏市場80%以上的份額。

用于制造太陽能電池的晶體硅主要是采用直拉法的單晶硅及采用鑄錠技術(shù)的多晶硅。直拉單晶硅使用特定晶向的單晶籽晶進行引晶，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)提拉得到，制備出的電池轉(zhuǎn)換效率高，但其單次投料少，操作復雜，成本較高。此外，對于直拉單晶，由于制備過程中大量氧的存在，使得單晶太陽能電池光致衰減較大。多晶硅鑄錠主要是利用定向凝固方法制備，具有單次投料量大、操作簡單、工藝成本較低等特點，但其電池轉(zhuǎn)換效率低、使用壽命短。所以，怎樣將兩者合二為一、揚長避短，制備出具有高轉(zhuǎn)換效率、低成本、低衰減的太陽能電池就成了國內(nèi)外光伏企業(yè)競相研究的熱點和難點，在這種背景下，介于單晶硅和多晶硅之間的準單晶逐漸進入了人們的視野。

目前，準單晶技術(shù)在國內(nèi)快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)加入準單晶技術(shù)研發(fā)的隊伍。中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910152970.2公布了一種單晶向，柱狀大晶粒的鑄造多晶硅的制備方法，通過提升保溫罩的方式得到準單晶硅。另外，中國發(fā)明專利申請?zhí)?01010198142.5公布了一種準單晶硅的制備方法，通過底部散熱實現(xiàn)了硅晶體的定向凝固生長，得到準單晶硅。但這些專利主要介紹了準單晶硅的制備方法，對于其產(chǎn)品的電池性能沒有進行詳細闡述，從目前的研究進展看，準單晶硅制備的太陽能電池平均效率在17.5%以上，但光致衰減偏高，超過了多晶硅電池光致衰減的標準要求。

根據(jù)對太陽能電池的研究，引起電池光致衰減的一個重要原因是硅晶體中摻入的硼與氧相互作用，在光照或電流注入條件下形成硼氧復合體，使少子壽命降低，引起電池轉(zhuǎn)換效率的下降。在單晶硅制造領(lǐng)域，硼-鎵共摻已經(jīng)使用在單晶硅的制備過程中，經(jīng)證明可以明顯降低單晶硅電池的光致衰減。但是目前還未應用于準單晶硅制備領(lǐng)域中，硼-鎵互摻的方法有可能是未來降低準單晶硅電池光致衰減的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的在于提供一種硼-鎵共摻準單晶硅，該準單晶硅由于采用了硼-鎵共摻的作用，降低或避免了硼氧復合體的產(chǎn)生，所以采用該準單晶硅制備獲得的太陽電池，其轉(zhuǎn)換效率高，光致衰減率低。

本發(fā)明的第二個目的在于提供上述硼-鎵共摻準單晶硅的制備方法，該制備方法簡便，易操作，成本低，可規(guī)模化生產(chǎn)。

本發(fā)明的第一個目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種硼-鎵共摻準單晶硅，其含有濃度為1×10¹⁴個/cm³～5×10¹⁶個/cm³的硼和/或磷以及濃度為1×10¹⁴～1×10¹⁸個/cm³的鎵。

其中，所述的硼可以是作為電活性摻雜劑以硼硅合金的形式添加的，或者也可以是硅原料中含有的少量硼，磷可以是硅原料和/或者電活性摻雜劑本身自帶的。

本發(fā)明的第二個目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：上述硼-鎵共摻準單晶硅的制備方法，含以下步驟：

(1)?將籽晶鋪設(shè)在坩堝底部，在籽晶上添加硅原料、金屬鎵和硼硅合金；

(2)?將裝有上述原料的坩堝置于鑄錠爐中，對爐體進行抽真空并加熱，分段升溫使硅原料、金屬鎵與硼硅合金全部熔化，籽晶部分熔化；

(3)?控制鑄錠爐的加熱器分段降溫，調(diào)節(jié)固液相的溫度梯度，使硅晶體從位于籽晶處的固液界面開始生長，定向凝固生成含有大晶粒的準單晶硅錠；?

(4)?將步驟(3)中獲得的準單晶硅錠經(jīng)后續(xù)處理加工成準單晶硅，用于電池片制作。

在上述步驟中：

本發(fā)明步驟(1)中所述的籽晶包括一塊或多塊（100）晶向的單晶塊或以（100）為主要晶向的多晶硅塊；可以為相互拼接的1塊或者多塊，所述籽晶的高度為10~30mm，可以緊密有序地鋪設(shè)于坩堝的底部。

本發(fā)明步驟(1)中金屬鎵的用量占籽晶、硅原料、金屬鎵與硼硅合金總質(zhì)量0.0002~0.07%，硼硅合金的用量占籽晶、硅原料、金屬鎵與硼硅合金總質(zhì)量的0~0.07%，其中金屬鎵中鎵的質(zhì)量百分含量為99.9999～99.999999%。