[發(fā)明專利]多晶硅及其鑄造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380017179.5
• 申請(qǐng)日: 2013-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN104169475B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 八木大地;安部貴裕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/06
• 分類號(hào): C30B29/06;C30B28/06;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張桂霞,劉力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多晶硅及其鑄造方法，特別是涉及適于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的多晶硅及其鑄造方法。

背景技術(shù)

目前，作為太陽能電池用的基板，主要使用硅晶體。該硅晶體中存在單晶硅和多晶硅，與使用多晶硅作為基板的太陽能電池相比，使用單晶硅作為基板的太陽能電池將入射的光能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換效率高。

但是，單晶硅例如是通過直拉法制造成無位錯(cuò)的高品質(zhì)晶體，但利用該直拉法制造單晶硅時(shí)，生產(chǎn)成本高，對(duì)于用作太陽能電池用的基板并不實(shí)用。因此，通常是使用可由廉價(jià)材料鑄造的多晶硅來制造太陽能電池。

作為鑄造這種多晶硅的方法之一，有電磁鑄造法(例如參照專利文獻(xiàn)1)。電磁鑄造法是指，通過高頻感應(yīng)(high frequency induction)將坩堝內(nèi)的硅原料加熱熔融，同時(shí)在強(qiáng)電磁力的作用下使熔融硅漂浮，使鑄錠連續(xù)地生長(zhǎng)。此時(shí)，由于是在不使熔融硅與坩堝接觸的情形下來完成，所以可以鑄造高品質(zhì)的鑄錠。由如此鑄造的多晶硅鑄錠得到的多晶硅晶片具有以下特征：可以制造在鑄造方向上品質(zhì)均勻性高、而且轉(zhuǎn)換效率的偏差小、且具有穩(wěn)定特性的太陽能電池。

且說，為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，重要的是適當(dāng)控制多晶硅晶片中所含的氧、碳、氮等雜質(zhì)。其中，碳會(huì)促進(jìn)氧的析出，析出的氧起到位錯(cuò)增殖源的作用。所形成的位錯(cuò)起到載體的再結(jié)合中心的作用，使太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率降低，所以認(rèn)為晶片中的碳越低越好。例如，專利文獻(xiàn)2中記載著：通過控制碳濃度在1×10¹⁷原子/cm³以下(晶格間的氧濃度為2×10¹⁷原子/cm³以上)來實(shí)現(xiàn)太陽能電池的高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-051026號(hào)公報(bào)；

專利文獻(xiàn)2：國際公開2006/104107號(hào)小冊(cè)子。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

但是，在實(shí)際鑄造滿足專利文獻(xiàn)2中規(guī)定的碳濃度要件的、碳濃度極低的多晶硅以制作太陽能電池時(shí)，明確了其轉(zhuǎn)換效率竟然降低。

因此，本發(fā)明的目的在于：提供適合提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的多晶硅及其鑄造方法。

解決課題的方法

發(fā)明人對(duì)解決上述課題的方法進(jìn)行了深入研究。如上所述，發(fā)明人在實(shí)際鑄造碳濃度極低的多晶硅以制作太陽能電池并測(cè)定轉(zhuǎn)換效率時(shí)，接受了轉(zhuǎn)換效率竟然降低，并鑄造了具有各種碳濃度的多晶硅，以研究太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：與過度降低碳濃度相比，在控制多晶硅中的氧和氮的濃度在適當(dāng)范圍的情況下，通過適量添加碳以將其調(diào)整至規(guī)定的濃度范圍，使得轉(zhuǎn)換效率提高，從而完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的要旨構(gòu)成如下。

(1) 多晶硅晶片，其中，碳濃度為4.0×10¹⁷原子/cm³以上且6.0×10¹⁷原子/cm³以下、氧濃度為0.3×10¹⁷原子/cm³以上且5.0×10¹⁷原子/cm³以下、并且氮濃度為8.0×10¹³原子/cm³以上且1.0×10¹⁸原子/cm³以下。

(2) 多晶硅的鑄造方法，其特征在于：在導(dǎo)入了惰性氣體的室的感應(yīng)線圈(induction coil)內(nèi)配置軸方向的至少一部分在周方向被分割成幾段、且內(nèi)表面涂布有含氮脫模材料的無底冷卻坩堝，通過上述感應(yīng)線圈的電磁感應(yīng)加熱將裝入上述無底冷卻坩堝內(nèi)的多晶硅的原料熔融，依次冷卻熔融硅使其凝固，同時(shí)向下方牽拉，其中，將上述熔融硅中的碳濃度調(diào)整至4.0×10¹⁷原子/cm³以上且6.0×10¹⁷原子/cm³以下、將氧濃度調(diào)整至0.3×10¹⁷原子/cm³以上且5.0×10¹⁷原子/cm³以下、以及將氮濃度調(diào)整至8.0×10¹³原子/cm³以上且1.0×10¹⁸原子/cm³以下。

(3) 上述(2)所述的多晶硅的鑄造方法，其中，上述碳濃度的調(diào)整是通過向上述室內(nèi)供給一氧化碳?xì)怏w以調(diào)整該一氧化碳?xì)怏w相對(duì)于上述惰性氣體的分壓來進(jìn)行的。