[發明專利]一種類單晶和高效多晶的混合硅錠的制備方法

在審

• 申請號: 201710583583.9
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN108396376A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 陶亞明;李書森;黃興;郭櫻花;唐前
• 申請（專利權）人: 陜西西京電子科技有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06;C30B33/02
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本發明屬于太陽能光伏技術領域，尤其涉及一種類單晶和高效多晶的混合硅錠的制備方法。該制備方法采用類單晶工藝和高校多晶工藝混合使用，使類單晶少晶界，高效多晶少位錯、少界面能的特點進行有效融合，最大效率的減少晶界和位錯的影響，提高整錠的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于太陽能光伏技術領域，尤其涉及一種類單晶和高效多晶的混合硅錠的制備方法。

背景技術

現階段，P型單晶硅太陽能電池的光電轉換效率高，約為21％，但是制備工藝復雜、制造成本較高且產量低。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率低于單晶硅太陽能電池，但其制造成本比單晶硅低約30％，使其在今天的太原能電池市場具有很高的競爭優勢。目前，多晶硅太陽能電池光電轉化效率僅能達到在18％左右，距離硅基電池的理論轉化效率上限31％還有一定的提升空間，現在企業都在試圖通過提高硅片質量來提高硅片太陽能電池的光電轉化效率。

生產多晶太陽能電池的硅片，通常采用定向凝固技術生長硅錠再通過切片而得。定向凝固工藝在長晶過程中要求熱場滿足：縱向溫度梯度可調；橫向無溫度梯度。但現階段熱場實現比較困難，因此，用定向凝固技術鑄造普通多晶整錠得到的多晶硅片的光電轉化效率只有16.7％。

為了提高太陽能電池轉換效率，研發人員借用了單晶生長原理，用定向凝固技術開發了類單晶生長工藝，減少了硅片的晶界影響，從而使部分類單晶硅片的電池轉換效率提高到了18％以上。但由于定向凝固熱場因素的影響，整錠達到大晶粒的要求較難，在靠近坩堝邊緣的硅片有部分多晶，硅片雖然減少了晶界但是增加了位錯的影響，因此在靠近坩堝邊緣的硅片的光電轉換效率有時不及普通工藝的硅片高，這對整錠硅片的光電轉換效率提升影響較大。

類單晶硅錠的鑄錠方法為：裝料時在坩堝底部鋪設一層單晶硅塊作為籽晶，上方正常裝料。鑄錠階段通過控制熔化高度，使單晶硅塊作為長晶階段的籽晶鑄錠，達到硅錠大晶粒類單晶的特性。此方法制備的類單晶硅錠存在如下問題：1)如圖1所示，硅錠兩側靠近坩堝邊緣的部分由于坩堝壁的影響，存在許多成核中心，長晶過程中以坩堝壁成核生長的晶粒與晶體主體競爭，且越靠近硅錠頂部區域越大，如圖3所示，類單晶坩堝邊緣硅片存在較多位錯，影響硅片電池光電轉換效率；2)如圖2所示由于熱場問題，類單晶中部區域存在較大應力無法釋放，使其位錯較多，影響硅片電池光電轉換效率。

高效多晶鑄錠工藝，此工藝與類單晶工藝方向恰好相反，增加了硅片晶界數量，但減少了硅片位錯和界面能的影響。整錠的鑄錠成本得到了很好控制，光電轉換效率較普通多晶硅錠有較大提升，光電轉換效率也比較穩定，但是其光電轉換效率還是低于類單晶工藝硅片電池。

高效多晶硅錠的鑄錠方法為：裝料時在坩堝底部鋪設一層碎片，鑄錠階段通過控制熔化高度，長晶階段在碎片層上結晶，形成大量定向晶粒和隨機晶界，長晶過程中，控制固液相的溫度梯度，以底部晶體為籽晶，保持微凸的固液界面，豎直向上定向凝固生長，由于定向晶粒和隨機晶界起到湮滅位錯的功能，所以生長的硅錠具有低位錯，高質量的優勢。如圖4、圖5硅片PL所示，整個高效多晶硅片晶粒較小、晶界較多，但位錯較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種類單晶和高效多晶的混合硅錠的制備方法，該制備方法采用類單晶工藝和高校多晶工藝混合使用，使類單晶少晶界，高效多晶少位錯的特點進行有效融合，最大效率的減少晶界和位錯的影響，提高整錠的光電轉換效率。

本發明所采用的技術方案是：一種類單晶和高效多晶的混合硅錠的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，提供坩堝，在其底部采用籽晶鋪底；

步驟2，向坩堝內籽晶上方放入原生硅料；

步驟3，對坩堝進行加熱，控制坩堝底部溫度，使坩堝內部的原生硅料全部熔化，底部鋪底采用的籽晶不熔化；

步驟4，控制坩堝內部縱向溫度梯度，使融化的原生硅料從底部開始長晶，并縱向生長；