[發明專利]多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法和多晶硅錠及其制備方法

有效

• 申請號: 201611259281.8
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106591942B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 羅鴻志;劉海;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: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 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

本發明提供了一種多晶硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體和摻雜層，坩堝本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，摻雜層附著在距底座第一高度和第二高度之間的側壁的內表面上，第一高度為坩堝內預填裝硅料熔化后形成的熔融硅液液面距坩堝本體底座的高度，第二高度為所述熔融硅液全部轉變為固態硅錠時硅錠上表面距坩堝本體底座的高度，摻雜層的材料包括石英棉或碳纖維和負載在石英棉或碳纖維中的摻雜材料，摻雜材料包括第一摻雜劑，第一摻雜劑包括P型摻雜元素和N型摻雜元素中的任一種和/或鍺元素；第一摻雜劑在坩堝內的預填裝硅料中的初始原子體積濃度為1×10¹³?7×10¹⁸atoms/cm³。本發明提供的坩堝，可有效降低坩堝側壁傳熱的速度，降低摻雜層的溫度，避免第一摻雜劑提前熔化。

技術領域

本發明涉及太陽能電池材料技術領域，具體涉及一種多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法和一種多晶硅錠及其制備方法。

背景技術

為了滿足電池片加工的要求，必須在多晶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族元素磷(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。然而，摻硼硅片制備的電池片使用后會出現光致衰減現象，降低電池的轉換效率。通過以鎵、磷取代硼或硼鎵共摻來生長晶體硅可以避免硼-氧復合體的生成，抑制光衰減現象。但鎵的分凝系數較小(0.008)導致得到的晶體硅的電阻率范圍較寬，尤其是在長晶過程中最后生長出的晶體硅部分(定向凝固的多晶硅碇的頭部)的鎵摻雜濃度較高，電阻率偏低。

為解決上述問題，現有技術如申請號為201510295978.X和申請號201310447431.8的中國專利在坩堝內壁涂覆一圈摻雜補償劑涂層，在長晶階段，坩堝內壁上的大量摻雜劑會擴散到硅錠中，這樣能夠減少摻雜劑的分凝，有效控制硅錠的電阻率，從而使硅錠的電阻率分布均勻。但在化料階段鑄錠爐內溫度比較高，該類涂層均采用補償元素與硅的母合金或純元素形式，存在提前熔化的風險，使補償元素在化料階段便熔入硅料當中，影響鑄錠整體電阻率，鑄錠尾部及無需補償區域由于補償元素的熔入，電阻率上升偏高，尤其在尾部電阻率偏高可能會超出硅錠電阻率合格的上限，導致鑄錠出現尾部電阻率不良，而在鑄錠頭部由于減少了補償甚至沒有補償，電阻率低于配料設定值，導致電阻率在鑄錠頭部出現偏低。因此，補償元素的提前熔化會影響鑄錠的整體良品率，導致該類鑄錠生產成本增加。

因此，亟需開發一種新的多晶硅錠的制備方法。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種多晶硅鑄錠用坩堝及其制備方法。本發明坩堝中設有摻雜層，可以降低坩堝側壁傳熱的速度，避免第一摻雜劑提前熔化、過早進入硅液的風險。本發明還提供了一種多晶硅錠及其制備方法。

本發明第一方面提供了一種多晶硅鑄錠用坩堝，包括坩堝本體和摻雜層，所述坩堝本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，所述摻雜層附著在距所述底座第一高度和第二高度之間的側壁的內表面上，所述第一高度為坩堝內預填裝硅料熔化后形成的熔融硅液液面距坩堝本體底座的高度，所述第二高度為所述熔融硅液全部轉變為固態硅錠時硅錠上表面距坩堝本體底座的高度，所述摻雜層的材料包括石英棉或碳纖維和負載在所述石英棉或碳纖維中的摻雜材料，所述摻雜材料包括第一摻雜劑，所述第一摻雜劑包括P型摻雜元素和N型摻雜元素中的任一種和/或鍺元素；所述第一摻雜劑在所述坩堝內的預填裝硅料中的初始原子體積濃度為1×10¹³-7×10¹⁸atoms/cm³。

其中，所述摻雜材料還包括第二摻雜劑，所述第二摻雜劑包括硅粉、二氧化硅和氮化硅中的至少一種，所述第二摻雜劑與所述第一摻雜劑的質量比為1:1-8:1。

其中，所述摻雜層的厚度為5mm-1cm。

其中，所述摻雜層沿垂直于坩堝底座方向向上厚度變小。