[發明專利]一種晶體硅的制備方法及晶體硅

有效

• 申請號: 201610227091.1
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105821474B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 羅鴻志;胡動力;何亮
• 申請（專利權）人: 江西賽維LDK太陽能高科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/04;C30B11/04;C30B28/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

技術領域

本發明涉及太陽能電池材料技術領域，特別是涉及一種晶體硅的制備方法及晶體硅。

背景技術

在光伏產業的各類太陽能電池中，晶體硅(單晶硅、多晶硅)太陽能電池占有極其重要的地位，目前占據著光伏市場約75％以上的份額。生產多晶硅太陽能電池的硅片材料多是由多晶硅鑄錠或者是由直拉硅單晶經加工制成。

為了滿足電池片加工的要求，必須在晶體硅生長過程中通過調節摻雜劑的濃度獲得要求的電學性能。現有的摻雜劑有III族元素硼、鎵(制備P型硅片)及Ⅴ族元磷(制備N型硅片)。其中，因硼在硅中的分凝系數(0.8)較接近1，制得的摻硼硅晶體電阻率分布較均勻，通常摻入適量的硼以獲得電阻率為0.5-3Ω·cm的P型晶體硅材料。然而，摻硼硅片制備的電池使用后會出現光致衰減現象，降低電池的轉換效率，目前主要認為是摻雜硼原子和晶體硅中的氧原子在太陽光照射下形成的硼-氧復合體有關。

現有技術中通常采用B、Ga共摻來抑制單獨的硼摻雜所造成的光衰現象，但當硼鎵共摻時若鎵的比例低于80％，硼鎵共摻的晶體硅的少子壽命會低于純摻硼，硅片的轉換效率降低。而當硼鎵共摻時中鎵的比例高于80％后，制備的晶體硅的電阻率不良比例會明顯升高，導致收率降低。

因而，亟需開發一種合理有效的途徑來制備光致衰減少、少子壽命長、電阻率合格區域高的晶體硅。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種含有硼、銦摻雜元素的晶體硅的制備方法，用以解決現有技術中硼鎵共摻制得的晶體硅的少子壽命低、晶體硅收率較低的問題。

第一方面，本發明提供了一種晶體硅的制備方法，包括以下步驟：

在晶體硅生長用坩堝內裝填硅料，同時向所述坩堝內放入摻雜劑，并將所述坩堝放入用于晶體硅生長的爐子內，所述摻雜劑包括硼摻雜劑和銦摻雜劑，所述硼摻雜劑為含有硼元素的單質、合金和氮化物中的一種或多種，所述銦摻雜劑為含有銦元素的單質、合金和氮化物中的一種或多種，在所述硅料中，硼元素的原子體積濃度為10¹⁴-10¹⁷atmos/cm³，銦元素的原子體積濃度為10¹⁴-10¹⁸atmos/cm³；

在保護氣氛下，加熱使所述坩堝內的硅料和摻雜劑完全熔化得到硅熔體，調節晶體硅生長參數，使所述硅熔體開始長晶，得到晶體硅，其中，所述晶體硅包括直拉單晶硅、多晶硅錠或類單晶硅錠。

優選地，所述硼和銦元素在所述硅料中的原子體積濃度比為9:1-1:1。銦原子比例過高會降低晶體生長的良品率，另一方面在晶體硅生長過程中容易出現成分過冷，導致晶體生長受到影響。

優選地，所述摻雜劑還包括鍺摻雜劑，鍺元素在所述硅料中的原子體積濃度不超過10²⁰atmos/cm³。當鍺原子體積濃度大于10²⁰atmos/cm³時，鍺在晶體硅中以替位態的形式存在，由于鍺的原子半徑大于硅的原子半徑，引入較多的鍺后會在晶格中產生較大的應力場，使得晶格間隙變大，從而導致更多的間隙氧存在于晶體硅中，鍺釘扎位錯的效果反而變差，從而導致在晶體硅中產生大量的位錯，降低了硅片的機械強度。

在生長晶體硅的過程中，適量摻入鍺可以顯著改變硅中的點缺陷濃度及其分布，從而影響到氧沉淀，即鍺可以促進硅中氧沉淀的生成，而氧沉淀對位錯存在釘扎效應，從而可以顯著提高硅片的機械強度，摻鍺硅片相比現有摻硼硅片強度可以提高10％左右。此外，由于鍺與硅是同族元素，因此鍺幾乎不會影響晶體硅材料的電學性能(如電阻率)；同時，利用鍺的原子尺寸較大，增加氧擴散的勢壘，抑制硼氧復合體的形成，從而降低晶體硅太陽電池的光衰減。

進一步優選地，所述鍺元素在所述硅料中的原子體積濃度為10¹⁴-10¹⁹atmos/cm³。

更優選地，所述鍺元素在所述硅料中的原子體積濃度為10¹⁶-10¹⁸atmos/cm³。

進一步優選地，硼在所述硅料中的原子體積濃度為10¹⁴-10¹⁵atmos/cm³；In在所述硅料中的原子體積濃度為10¹⁷-10¹⁸atmos/cm³。