[發明專利]一種鑄錠多晶硅片鋁吸雜的方法

有效

• 申請號: 201610864021.7
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN106449873B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張輝;解新建;陳貴鋒;常雪巖;閻文博;陶俊光
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/322
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 萬尾甜,韓介梅

技術領域

本發明涉及到鑄錠多晶硅片的吸雜工藝，特別是一種鑄錠多晶硅片鋁吸雜的方法。

背景技術

太陽能作為新興能源，已成為21世紀大力發展的產業。太陽能電池成本的很大一部分被生產電池的原材料——Si所消耗。太陽能電池所用的硅材料的純度要在99.9999％(6N)以上，是冶金級硅(UMG Si)通過復雜的提純方法得到的電子級硅(EG Si)，這是成本消耗的一個重要原因。

在多晶硅中存在著很多過渡族金屬雜質和缺陷，如：鐵、鎳、銅和鈷等。這些雜質通過在帶隙中形成復合中心，嚴重降低少數載流子壽命。由于過渡金屬和他們的析出物都有較高的載流子復合活性，這種污染的存在限制了太陽能電池的電學性能。因此，在制作電池之前我們要先對多晶硅進行吸雜處理。

根據大量的實驗表明，外部的吸雜方式比較適用于太陽能電池。根據吸除的部位不同，吸雜可以為兩種物理機制：弛豫吸雜和偏析吸雜。在弛豫吸雜過程中雜質濃度和吸雜區域是相同的，然而在退火降溫的過程中，雜質迅速擴散到吸雜區域，在吸雜區域雜質容易沉淀形核并析出。例如，Fe的析出就依賴于弛豫吸雜。在偏析吸雜中，雜質已經擴散并且優先擴散到吸雜區域，因此在吸雜區域的雜質濃度高。

發明內容

鑄錠多晶硅片由于含有大量的鐵、鎳、銅和鈷等金屬雜質，這些金屬雜質會形成大量的復合中心，從而降低少子壽命，影響電池的電學性能。本發明主要目的在于針對上述問題，提供一種鑄錠多晶硅片鋁吸雜的方法，以提高用于太陽能電池的多晶硅片的質量，采用本發明的鋁吸雜工藝能有效地降低多晶硅片內部的金屬雜質的含量，從而增加其少子壽命，進而提高太陽能電池的光電轉換效率。

本發明是通過以下技術方案來實現的：一種鑄錠多晶硅片鋁吸雜的方法，包括如下步驟：

(1)清洗：采用標準的RCA液清洗方式清洗鑄錠多晶硅片以去除硅片表面的有機顆粒及金屬雜質，具體為：利用一號液APM在80℃的水浴中超聲10分鐘，去除硅片表面的有機顆粒；利用二號液HPM在80℃的水浴中超聲10分鐘去除金屬雜質；

(2)真空蒸鍍鋁層：把清洗過后的多晶硅片放入真空蒸鍍設備中進行表面蒸鋁。鋁層的厚度為1.0～1.5μm；

(3)進爐：將鍍鋁的多晶硅片放入管式退火爐中，并勻速升溫至800～830℃，整個過程在高純氬氣的保護中進行；

(4)第一步退火：當溫度升到(3)所要求的溫度后進行第一次退火，時間為60～80min；

(5)勻速降至低溫：第一步退火結束后，將管式退火爐的溫度勻速降至680～750℃；

(6)第二步退火：當溫度降至(5)所要求的溫度后進行第二次退火，退火時間為60～80min；

(7)降溫：第二次退火結束后，將管式退火爐的溫度勻速降至室溫，然后取出硅片；

(8)除去雜質層：將上述處理后的鑄錠多晶硅片浸入80℃的NaOH溶液中以除去鋁硅玻璃雜質層，浸泡時間為15～20min。

上述技術方案中，優選的，步驟(2)中的真空蒸鍍設備中的真空度要求不低于7.5×10⁴Pa。

優選的，步驟(3)中的勻速升溫速率最好控制在5～10℃/min。

優選的，步驟(5)、步驟(7)中的勻速降溫速率最好控制在5～10℃/min。

優選的，步驟(8)中的NaOH溶液的質量濃度為10％～20％。

本發明的有益效果為：

根據外吸雜的原理，在硅片表面引入鋁層薄膜，在吸雜的過程中，由于鋁層薄膜的存在，對硅片內部的金屬雜質會產生應力作用，這種應力作用會使金屬雜質雜質原子移動到硅片表面，然后通過NaOH熱堿溶液腐蝕掉吸雜層以達到去除雜質和缺陷的目的。在鋁吸雜中，要想達到吸雜的效果，退火的溫度就要在Al-Si共晶溫度577℃以上。本發明的兩步變溫吸雜法——先在高溫吸雜一段時間然后把溫度降低，再在相對較低的溫度下進行二次吸雜——通過調節退火時的溫度以及吸雜的時間，最終達到最佳的吸雜效果。本發明的具體優點是：(1)通過本發明的鋁吸雜工藝，多晶硅片的平均少子壽命達到了15.80μs左右，遠高于現有常規吸雜方法處理后的效果；(2)本發明的鋁吸雜工藝具有較高的穩定性，有較高的工業化生產價值；(3)與正常工藝生產的太陽能電池相比，通過使用本研究的鋁吸雜工藝生產的太陽能電池的效率有所提高。

附圖說明

圖1本發明工藝流程示意圖；

圖2本發明鋁吸雜工藝前后及現有技術處理多晶硅片的少子壽命對比圖。

具體實施方式