[發明專利]一種硅料摻雜劑的加工工藝

無效

• 申請號: 201210410159.1
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102877122A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 潘家明;何廣川
• 申請（專利權）人: 英利能源（中國）有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本發明涉及光伏組件加工技術領域，特別涉及一種硅料摻雜劑的加工工藝。?

背景技術

光伏電池是通過載流子進行導電的，純正的半導體是依靠本征激發來產生載流子，但僅僅依靠本征激發所產生的載流子數量有限，而且容易受到溫度等外部因素的影響。?

為了彌補這一不足，通常在高純的硅料中添加摻雜劑，通過低電阻的摻雜劑來補償高純硅料的高電阻，最終達到光伏電池硅片所需的電阻率。?

所述摻雜劑是指在原硅料中摻入三價或者五價單質后鑄造成的硅錠。在所述摻雜劑鑄造成型后進行破碎處理，然后摻入高純原硅料中鑄造正常的硅晶體，所述摻雜劑中存在能夠為硅晶體傳導過程提供電子或者空穴的元素，這些元素能夠改變硅晶體的傳導特性。上述向高純的硅料中添加摻雜劑的過程即為摻雜。例如，可以在硅料中摻入含有三價或者五價元素的摻雜劑，從而形成本征激發之外的其他載流子：當摻入的摻雜劑內含有三價元素時，硅原子的四個價電子只有三個可以成鍵，而剩余的一個價電子就會形成空穴，此時的載流子為正電性的空穴，則半導體為P型半導體；當摻入的摻雜劑含有五價元素時，硅原子的四個價電子均可以成鍵，而五價元素中多出的那個價電子相當于一個自由電子，以形成N型半導體。因此，摻入少量的三價或者五價元素，可以大幅改善本征半導體的導電性，使其生長出的單晶或者多晶硅錠的電阻率達到規定的要求。?

現有摻雜劑的生產方法主要是在高純的硅料中摻入硼源以制作P型摻雜劑，或者在高純的硅料中摻入磷源以制作N型摻雜劑，然后再將摻雜后的原料采用單晶爐進行鑄造。?

上述單晶爐是一種在惰性氣體環境中，用石墨加熱器將多晶硅等?多晶材料熔化，采用直拉法生長無錯位單晶或者多晶的設備。所述直拉法生產工藝包括硅料熔化、籽晶引晶、放肩、等徑和收尾五個工藝過程，最終拉制形成單晶或者多晶硅棒，作為硅晶體鑄造用的硅料摻雜劑。?

采用上述直拉法制作得出的摻雜劑，單棒重量在120kg～130kg，其能耗較高，因此，如何設計一種硅料摻雜劑的加工工藝，以降低硅料摻雜劑的制造成本、提高其產能，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。?

發明內容

本發明的目的是提供一種硅料摻雜劑的加工工藝，能夠采用多晶鑄錠爐完成鑄造過程，顯著提高了硅料摻雜劑的鑄造效率，并降低了其鑄造成本。?

為解決上述技術問題，本發明提供一種硅料摻雜劑的加工工藝，所述加工工藝包括以下步驟：?

11）將原硅料和摻雜單質進行配料；?

12）將配好的原料裝入鑄錠爐內，將鑄錠爐調至真空模式，并將配好的原料逐步加熱到設定溫度；?

13）將鑄錠爐內的壓力控制在0.4至0.8個大氣壓，并向其內充入氬氣，然后將原料由設定溫度逐步加熱到熔化溫度，待原料完全熔化后，逐步降低鑄錠爐內溫度，使液態的原料重新結晶，以形成硅料摻雜劑。?

本發明采用鑄錠爐鑄造硅料摻雜劑，首先在真空模式下對原料進行預熱，其加熱的效率較高，原料的溫度也較為均勻；而原料的熔化和后續的結晶均在低壓模式下進行，同時還向爐內通入氬氣來控制爐內環境，以減少摻雜單質的揮發，確保摻雜單質與硅料充分混合；然后逐步降低爐內溫度，完成結晶過程，則摻雜單質在硅料結晶過程中的總體分布更為均衡，鑄造的摻雜劑電阻率在0.001～0.01Ω·cm之間，且其在不同區域電阻率的波動范圍基本在0.005Ω·cm左右，使用時不存在局部位置電阻率偏大或者偏小的現象；此外，采用鑄錠爐鑄造時?的投料量可以達到500kg至1000kg之間，相對于現有單晶爐鑄造的120kg至130kg的投料量有大幅增長，但其能耗要遠遠低于現有的單晶爐鑄造，也就是說，本發明采用多晶鑄錠爐不僅提高了硅料摻雜劑的產能，也降低了其成本。?

優選地，在步驟11）中，按照每400kg原硅料摻入30～70g摻雜單質的配比進行配料。?

采用上述配比進行配料，可以大幅度改善原硅料的導電性能，且摻雜單質能夠得到充分利用，實驗證明，上述配比為原硅料與摻雜單質的最佳配比。?

優選地，所述步驟12）中按照下述方式逐步加熱原料：?

將鑄錠爐內加熱器的功率依次設定在10～30kw、40～60kw、70～90kw和100～120kw，并在每個階段分別保持0～30min、30～60min、30～120min和60～240min，以便將原料加熱到設定溫度。?

為實現對原料的逐步加熱，可以分階段逐步提高加熱器的功率，并逐漸延長每個階段的加熱時間，以便將原料加熱到設定溫度，保證加熱的均勻性，為后續的熔化和結晶做好準備。?