一种低衰减多晶硅及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低衰减多晶硅及其制备方法。该多晶硅包括：硼元素和镓元素，其中所述硼元素的浓度为0.93～1.05×10

A low attenuation polysilicon and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低衰减多晶硅及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池制造
，特别涉及一种低衰减多晶硅及其制备方法。
技术介绍
多晶硅是一种柱状晶，通常通过定向凝固法实现，即在结晶的过程中，通过控制温度场的变化，形成单方向热流，从而使晶体沿着与热流流向相反的方向生长。在定向凝固的过程中，通过定向凝固可获得平面前沿，但随着熔质浓度的提高，熔质由平面前沿转到柱状，由于硅是小平面相，不同晶面自由能不相同，表面自由能最低的晶面会优先生长，特别是由于杂质的存在，晶面吸附杂质改变了表面自由能，所以多晶硅柱状晶生长方向上常伴有分叉，也就是分凝现象。受上述分凝现象的影响，多晶硅中普遍存在一定的氧含量，而常作为多晶硅料受主杂质的硼元素，会通过光的诱导与氧结合形成“硼氧复合体”，这是一种能够引起电池性能衰退的深能级缺陷，即“硼氧复合体光衰(LID)”现象。这就导致当多晶硅作为太阳能电池的基体组成材料暴露在户外时，会由于光照影响而逐渐降低电池转换效率和电池使用寿命。现有技术中，为了避免“硼氧复合体光衰”，本领域技术人员提出的解决方案为：在多晶硅制备过程中，直接在多晶硅料中掺杂镓元素，从而避免掺杂硼元素而导致光衰。然而上述方法获得的多晶硅的电阻率分布较宽，不能满足目前市场上对太阳能电池的电阻率分布越来越窄的需求，这就阻碍了掺镓多晶硅在实际中的大规模应用。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种低衰减多晶硅及其制备方法。所述技术方案如下：第一方面，提供了一种低衰减多晶硅，所述多晶硅为P型多晶硅，包括硼元素和镓元素，其中所述硼元素的浓度为0.93～1.05×1017原子数/立方厘米，镓元素的浓度为1.42～1.66×1017原子数/立方厘米。第二方面，提供了一种低衰减多晶硅的制备方法，所述方法包括：准备硅料，所述硅料包括：多晶硅料、籽晶硅料、硼硅合金以及镓金属或者镓合金；将所述硅料放入坩埚中，其中所述籽晶硅料铺设在所述坩埚底部，将所述坩埚置于具有隔热笼和加热器的铸锭炉中；对所述铸锭炉抽真空，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成升温温度梯度，使所述硅料熔化为硅液；待所述硅料剩余高度在10～25mm时，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度，使所述硅液开始长晶；待所述硅液长晶完全后，退火，冷却，得到多晶硅锭。进一步地，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成升温温度梯度包括：待所述硅料温度到达第一预设值后，开启所述隔热笼；待所述硅料温度到达第二预设值后，保持所述隔热笼的开启度，进行保温，使所述硅料熔化为所述硅液；增加所述隔热笼的开启度并控制所述加热器降温，降低所述硅液温度。进一步地，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度包括：在保持所述炉内压强的基础上，控制所述加热器降温，增加所述隔热笼的开启度；待长晶透出所述硅液液面后，控制所述加热器降温，减少所述隔热笼的开启度。进一步地，在准备所述硅料的过程中：所述硅料中的硼原子个数与所述硅料中的硅原子个数之比为：1∶4.78～5.11×105；所述硅料中的镓原子个数与所述硅料中的硅原子个数之比为：1∶3.01～3.52×105。第三方面，提供了一种低衰减多晶硅锭的制备方法，所述方法包括：准备硅料，所述硅料包括：多晶硅料、籽晶硅料、硼硅合金以及镓金属或者镓合金；将所述硅料放入坩埚中，其中所述籽晶硅料铺设在所述坩埚底部，将所述坩埚置于具有隔热笼和加热器的铸锭炉中；对所述铸锭炉中抽真空，控制所述加热器加热，所述硅料全部熔化为硅液，在所述硅料全部融化后，保温使所述硅液与所述坩埚底部充分浸润；通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度，所述硅液长晶；待所述硅液长晶完全后，退火，冷却，得到多晶硅锭。进一步地，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度包括：待所述硅液与所述坩埚底部充分浸润后，所述加热器降温，所述隔热笼开启；在保持所述铸锭炉内压强的基础上，控制所述加热器降温，控制所述隔热笼增加开启度；待长晶透出所述硅液液面后，控制所述加热器降温，控制所述隔热笼减小开启度。进一步地，在准备所述硅料的过程中：所述硅料中硼原子个数与所述硅料中硅原子个数之比为：1∶5.00～5.35×105；所述硅料中镓原子个数与所述硅料中硅原子个数之比为：1∶3.01～3.52×105。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：1、本专利技术提供的一种低衰减多晶硅同时掺杂硼元素和镓元素，并具有合理的掺杂浓度，相较于硼元素作为受主杂质的多晶硅，降低了光衰减对多晶硅性能的影响，相较于镓元素作为受主杂质的多晶硅，使得多晶硅的电阻区间更窄，更均匀；2、本专利技术提供的一种低衰减多晶硅的半熔制备方法，利用第二方面公开的制备工艺制备含有硼元素和镓元素的多晶硅铸锭，利用铸锭炉的加热器和隔热笼控制温度，使硅料在熔化和长晶的过程中形成温度梯度，有利于获得质地均匀的低衰减多晶硅；3、本专利技术提供的一种低衰减多晶硅的全熔制备方法，利用第三方面公开的制备工艺制备含有硼元素和镓元素的多晶硅铸锭，利用铸锭炉的加热器和隔热笼控制温度，使硅料在长晶的过程中形成温度梯度，有利于获得质地均匀的低衰减多晶硅。具体实施方式本专利技术为了解决现有的太阳能电池存在的光衰减现象而提出一种低衰减多晶硅及其制备方法与太阳能电池。其主要原理是，通过在多晶硅料中掺杂硼元素和镓元素，并严格控制其掺杂浓度，避免仅掺杂硼元素而导致的光衰减现象以及仅掺杂镓元素而导致的电阻率分布较宽的现象，从而使得多晶硅能够在保证与正常掺硼的多晶硅电池的转换效率的基础上，具有较低的光衰减水平。本专利技术的具体的技术方案如下：实施例1一种低衰减多晶硅，该多晶硅为P型，包括：硼元素和镓元素，其中硼元素的掺杂浓度为0.93～1.05×1017原子数/立方厘米，镓元素的掺杂浓度为1.42～1.66×1017原子数/立方厘米。实施例2准备硅料共计850kg，其中30kg籽晶硅料、200.18g硼硅合金、6g镓金属，其余为多晶硅料和循环硅料。需要说明的是，若没有循环硅料则其余全为多晶硅料。虽然原料可以调整，但是需要保证上述硅料的各组分满足硅料中的硼原子个数与硅料中的硅原子个数之比为：1∶4.78～5.11×105，以及满足硅料中的镓原子个数与硅料中的硅原子个数之比为：1∶3.01～3.52×105。将硅料放入坩埚中，具体地，首先将30kg铺底籽晶硅料均匀的铺设于坩埚底部，然后将大块片状循环料贴坩埚边放置一层，再在底部放大块多晶棒料或循环方锭料，小块料放置在中上部，碎料填入大块料之间的缝隙中；200.18g硼硅合金、6g镓金属放置于硅料中上部。对铸锭炉中抽真空，具体地，待硅料全部装入坩埚中后，控制铸锭炉体内抽真空到0.01mbar，控制加热器加热，使铸锭炉内硅料在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低衰减多晶硅，其特征在于，所述多晶硅为P型多晶硅，包括硼元素和镓元素，其中所述硼元素的浓度为0.93～1.05×10

【技术特征摘要】
1.一种低衰减多晶硅，其特征在于，所述多晶硅为P型多晶硅，包括硼元素和镓元素，其中所述硼元素的浓度为0.93～1.05×1017原子数/立方厘米，镓元素的浓度为1.42～1.66×1017原子数/立方厘米。


2.一种低衰减多晶硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备硅料，所述硅料包括：多晶硅料、籽晶硅料、硼硅合金以及镓金属或者镓合金；
将所述硅料放入坩埚中，其中所述籽晶硅料铺设在所述坩埚底部，将所述坩埚置于具有隔热笼和加热器的铸锭炉中；
对所述铸锭炉抽真空，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成升温温度梯度，使所述硅料熔化为硅液；
待所述硅料剩余高度在10～25mm时，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度，使所述硅液开始长晶；
待所述硅液长晶完全后，退火，冷却，得到多晶硅锭。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成升温温度梯度包括：
待所述硅料温度到达第一预设值后，开启所述隔热笼；
待所述硅料温度到达第二预设值后，保持所述隔热笼的开启度，进行保温，使所述硅料熔化为所述硅液；
增加所述隔热笼的开启度并控制所述加热器降温，降低所述硅液温度。


4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通过控制所述隔热笼和所述加热器形成降温温度梯度包括：
在保持所述炉内压强的基础上，控制所述加热器降温，增加所述隔热笼的开启度；
待长晶透出所述硅液液面后，控制所述加热器降温，减少所述隔热笼的开启度。


5.如权利要求2～4中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫广宁，董永见，赵书良，
申请(专利权)人：宁晋晶兴电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13