[發明專利]制造具有均勻磷濃度的硅錠的方法

有效

• 申請號: 201480051385.2
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN105579623B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 珍-保羅·格朗代;馬萊克·邦曼蘇爾;阿妮斯·茹安;大衛·佩爾蒂埃
• 申請（專利權）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊生平

本發明涉及一種用于制造具有均勻磷濃度的硅錠的方法。所述方法至少包括以下步驟：(i)提供至少包含磷的擬均勻的熔融硅浴；和(ⅱ)進行硅的定向凝固，控制用于凝固硅的速度(V_I)和在所述浴的液/汽界面磷的蒸發速率(J_LV)，使得在定向凝固的每一時刻證實以下方程：V_I＝k’/(2?k)(E)，其中k’為磷轉移系數，和k為磷在硅中的分配系數。本發明還涉及一種跨越至少20cm的高度具有均勻磷濃度的硅錠。

技術領域

本發明涉及一種制造具有均勻磷分布的硅錠的新的方法。

這樣的錠在生產光電池的情況下是特別有利的。

背景技術

目前，光電池主要由單晶硅或多晶硅制造。用于生產結晶硅中最常見的路徑涉及來自包含在坩堝中的液體硅浴的錠的凝固。然后，將這些錠切割成晶片(wafers)，所述晶片然后可以轉換成光電池。

用作用于形成硅錠的起始物料的硅原料通常通過從冶金級硅獲得的氯化前體，例如三氯硅烷的蒸餾過程生產。這個過程允許硅的有效純化，但不幸的是在金融投資和能量消耗方面被證明是昂貴的。

已開發各種途徑用于使用來自冶金，并且比氣態途徑更便宜的方法制造太陽能級硅原料。

在這方面，定向凝固方法用于允許雜質分離并因此純化起始原料是眾所周知的。

為了純化硅，定向凝固技術特別適用于去除金屬雜質，如鐵、鉻、鎳等，其中分配系數，表示為k(定義為在凝固界面處雜質在固相中的濃度和液相中的濃度之間的比)，相比于一致(unity)是非常小的。對于給定的雜質低的分配系數從而使得能夠通過所述雜質的分離設想非常有效的硅的純化。而且，為了獲得最優的分離，已知的是熔融浴必須盡可能均勻。

在均勻的熔融浴的最佳情況下，雜質的分離可以通過的Scheil定律(C(x)＝k.C₀.(1-x)^k-1，其中C₀考慮為結晶開始之前熔融浴中雜質的濃度)給出，其通過所述雜質的分配系數k連接形成的固體中所述雜質的濃度C(x)和凝固分數x。

對于各種分配系數值，作為凝固分數的函數的并入固體中雜質的濃度的變化在圖1[1]中示出。從圖1中示出的曲線顯現，并入固體中雜質的濃度根據所考慮的雜質的分配系數在硅的凝固過程中能夠顯著變化。

這樣的濃度分布曲線對于確保旨在用于光電用途的硅錠的均勻電阻率能夠造成問題。事實上，在這些硅錠中，p型和n型摻雜劑(元素周期表的列III和Ⅴ的元素)的含量，實踐中磷和硼的含量，控制硅的電阻率。

關于硼，因為它的分配系數為0.8，并因此接近一致，因此并入凝固的硅中硼的濃度在錠的底部和頂部之間的變化仍是可接受的。

在另一方面，磷具有非常低的分配系數，大約為0.35，這引起在凝固的硅中磷濃度變化相當大，并因此電阻率變化相當大，這非常不利于由這些硅錠生產光電池。此外，磷的分配系數過高而使得不能夠通過冶金硅原料的定向凝固而有效純化，所述冶金硅原料通常具有以重量計高于10份每百萬(ppm)的磷含量，并且因此完全不適合用于生產光電池。

已提出用于消除磷的替代方法，特別是通過在高溫下真空蒸發[2]。然而，除非調和純化的液體(這從光電應用所需的固體硅的結晶質量的觀點上是不可接受的)，由于上述的分離機理磷的濃度在凝固的硅中不能保持不變。

因此，硅錠中磷濃度的控制仍然是個問題。這個問題特別出現在同時包含n型和p型摻雜劑的硅原料(被稱為補償的硅原料)的情況下，對其不存在磷濃度的控制可能會導致在定向凝固過程中結晶硅的導電性類型的改變，從而導致錠的可利用的部分顯著下降，并因此，該方法的原料產率顯著下降。

因此，仍然需要有一種生產硅錠的廉價的方法，其使得能夠提供在所形成的錠中均勻的磷濃度，并因此均勻的電阻率。

發明內容