[發明專利]一種單晶硅制備方法及裝置

有效

• 申請號: 202110354816.4
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN112795979B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 歐子楊;尚偉澤;張昕宇;白梟龍
• 申請（專利權）人: 浙江晶科能源有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B15/04;C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 錢嫻靜

本申請涉及光伏領域，提供一種單晶硅制備方法及裝置，其中，方法包括以下步驟：將摻雜劑、多晶硅原料以及重摻雜硅原料放入坩堝中，重摻雜硅原料平鋪設于坩堝底部，摻雜劑與多晶硅原料混合并鋪設于重摻雜硅原料上；將坩堝置于單晶爐內，對單晶爐進行抽真空操作后通入保護氣體，并在保護氣體作用下熔化多晶硅原料及摻雜劑，得到硅熔體，控制重摻雜硅原料不熔化；當硅熔體溫度穩定后，將晶種浸入硅熔體中，之后依次進行引晶，放肩，等徑生長階段，其中，在等徑生長過程中，由上往下熔化至少部分重摻雜硅原料，使得重摻雜硅原料中的摻雜元素進入硅熔體中以實現再次摻雜。本申請的單晶硅制備方法及裝置，降低單晶硅含氧量，提高硅棒電阻率集中度。

技術領域

本申請涉及光伏電池技術領域，具體地講，涉及一種單晶硅制備方法及裝置。

背景技術

目前，在直拉法制備單晶硅過程中，通常在加料環節就已經將具有摻雜劑的母合金、硅原料放入坩堝內，再融化提拉。由于母合金與硅原料的分凝系數不同，在固化過程中從溶體進入到固體中摻雜劑的量不同，最終電阻率不同，制備的硅棒電阻率分布不夠集中。另外還可以通過連續直拉法制備單晶硅，主要是通過在爐體內放置雙層坩堝，其中內層坩堝拉晶，外層坩堝用于接收外部硅料和母合金。拉制過程中，外坩堝的摻雜元素通過內外層坩堝底部通道進入內坩堝中，影響晶棒拉制整體的電阻率分布。雖然該方法制得的單晶硅硅棒電阻率分布集中，但是雙層坩堝容易給硅溶體帶來雜質污染，導致制成的單晶硅的少子壽命較低。

發明內容

鑒于此，本申請提出一種單晶硅制備方法及裝置，能夠降低單晶硅含氧量，提高硅棒電阻率集中度。

第一方面，本申請實施例提供一種單晶硅制備方法，包括以下步驟：

將摻雜劑、多晶硅原料以及重摻雜硅原料放入坩堝中，其中，所述重摻雜硅原料平鋪設于所述坩堝的底部，所述摻雜劑與所述多晶硅原料混合并鋪設于所述重摻雜硅原料上；

將所述坩堝置于單晶爐內，對所述單晶爐進行抽真空操作后通入保護氣體，并在保護氣體作用下熔化所述多晶硅原料及所述摻雜劑，得到硅熔體，其中，在熔料過程中，所述摻雜劑進入所述硅熔體中以實現初步摻雜，且控制所述坩堝底部的所述重摻雜硅原料不熔化；

當所述硅熔體溫度穩定后，將晶種浸入所述硅熔體中，之后依次進行引晶，放肩，等徑生長階段，其中，在等徑生長過程中，由上往下熔化至少部分所述重摻雜硅原料，使得所述重摻雜硅原料中的摻雜元素進入所述硅熔體中以實現再次摻雜；

等徑生長完成后，進行收尾階段，使得晶體的直徑逐步縮小直至與所述硅熔體分離，待所述晶體冷卻至室溫后取出以獲得單晶硅。

在一種可行的實施方式中，在熔料過程中，控制所述坩堝的側部加熱器位于所述坩堝底部的所述重摻雜硅原料的上方，且所述側部加熱器的輻射范圍覆蓋至少部分所述多晶硅原料及所述摻雜劑。

在一種可行的實施方式中，在等徑生長過程中，控制所述坩堝的側部加熱器的輻射范圍覆蓋至少部分所述重摻雜原料，利用所述坩堝的底部加熱器與所述側部加熱器由上往下熔化至少部分所述重摻雜硅原料。

在一種可行的實施方式中，所述多晶硅原料與所述重摻雜硅原料的重量比為1：（0.9~1.2）。

在一種可行的實施方式中，所述在等徑生長過程中，由上往下熔化至少部分所述重摻雜硅原料，具體包括：

控制硅熔體結晶速率等于所述重摻雜硅原料的熔化速率，使得所述硅熔體液面保持不變。

在一種可行的實施方式中，所述重摻雜硅原料中的摻雜元素的濃度為2×10¹⁸~7×10¹⁸ atoms/cm³。

在一種可行的實施方式中，所述多晶硅原料與所述重摻雜硅原料的重量比為50：（2.5~3.5）。