[發明專利]單晶硅制備方法、太陽能電池及光伏組件

有效

• 申請號: 202010624020.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111575785B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 何麗珠;楊俊;汪沛淵;劉禮猛;徐翔;白梟龍;尚偉澤
• 申請（專利權）人: 晶科綠能(上海)管理有限公司;晶科能源有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B15/04;C30B31/04;C30B31/18;C30B29/06;H01L31/0288
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 馮偉

本發明提供一種摻鎵和摻氮的單晶硅棒的制備方法，所述制備方法包括：使單質鎵與多晶硅在單晶爐內混合，通過直拉拉晶的方式形成摻鎵直拉單晶硅；在直拉單晶硅形成的過程中，通入不同混合比例的氮氣和氣氬的混合氣體，使氮元素進入摻鎵直拉單晶硅中。通過在單晶硅棒中摻雜鎵來制備p型單晶，可以有效地降低p型單晶的光衰，提高電池片的轉換效率。此外，在單晶硅棒的拉制過程中使用氮氣作為摻雜氣體，使氮元素進入單晶硅棒中，提高單晶硅棒的機械強度，改善單晶硅棒內的雜質分布狀況，有利于單晶硅片薄片化以及品質的提升。

技術領域

本申請涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及單晶硅的制備方法、太陽能電池以及光伏組件。

背景技術

在現有的太陽能電池中，通常通過在單晶硅中摻雜入摻雜元素來改善單晶硅和太陽能電池的性能。對于P型直拉單晶硅，通常摻雜有V族元素，比如B、Al、Ga和In。通常選用B作為單晶硅中的摻雜元素，然后在拉制工藝中，易形成硼氧(B-O)復合體，會導致太陽能電池的光衰進而限制電池的裝換效率。未來單晶硅片朝著大尺寸化和薄片化發展，對單晶硅的機械強度要求越來越高，高的機械強度便于后續硅片的加工提升硅片良率。因此，有必要發展一種能夠降低電池光衰又具有高機械強度的硅片，以便于生產大尺寸和薄尺寸的硅片以及提升后續電池的轉換效率。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明提供一種制備單晶硅的方法，包括裝料、熔硅、引晶、縮頸、放肩、轉肩、等徑和收尾；其中，

在所述裝料過程中，將含鎵摻雜源和多晶硅原料裝入到單晶爐內；

在所述熔硅過程中，通入至少包含氮氣的摻雜氣體，其中所述氮氣占所述摻雜氣體的第一比例不小于0.8；

在所述引晶過程中，調節所述氮氣至所述摻雜氣體的第二比例，所述第二比例小于所述第一比例；

在所述等徑和/或收尾過程中，調節所述氮氣至所述摻雜氣體的第三比例，所述第三比例大于第二比例。

在熔硅階段的氮氣比例至少是0.8，以使氮元素充分融入到硅中，形成摻有氮元素的單晶硅。

需要注意的是，在引晶階段，單晶爐中存在過高的氮氣濃度會導致硅熔融體中的硅發生反應，生成Si₃N₄顆粒。Si₃N₄顆粒會導致后續制備得到的單晶硅棒不連續，從而導致單晶硅棒存在缺陷。為了避免這種情況的發生，在引晶階段，需要將氮氣比例調整為較小的值。優選地，在引晶階段，摻雜氣體中的氮氣的比例(第二比例)不大于0.1，以確保引晶順利進行，提高單晶硅棒的品質。

在等徑和收尾階段，相比于引晶階段，摻雜氣體中氮氣的比例調整更高一些，以使更多的氮元素充分融入單晶硅棒中。可選地，在等徑和收尾階段，摻雜氣中的氮氣的比例不小于0.8。

可選地，在所述收尾過程后，將晶體冷卻，獲得摻鎵摻氮的單晶硅，使所述鎵的摻雜濃度為0.001Ω·cm～100Ω·cm，所述氮的摻雜濃度為0.01～0.1ppma。

可選地，在所述收尾過程后，將晶體冷卻，獲得摻鎵摻氮的單晶硅，使所述鎵的摻雜濃度為0.001Ω·cm～10Ω·cm，所述氮的摻雜濃度為0.01～0.1ppma。

可選地，在本發明的方法中，所述含鎵摻雜源包括單質鎵。單質鎵可以避免含鎵摻雜源中可能后續生成氮化鎵等雜質而影響制備得到的單晶硅棒的品質。

可選地，在所述放肩過程中，將所述單質鎵放置在所述單晶爐肩部回熔加入。由于單質鎵的分凝系數小，容易揮發，在放肩過程中放入可以彌補鎵的損失，提高原料利用率并降低生產成本。

需要指出的是，保護氣體可以是純氮氣，也可以包括氮氣和氬氣的混合氣體，其中所述氮氣和氬氣通過以下至少一種方式通入單晶爐內：