一种太阳能电池用硅片制造技术

本发明专利技术把熔硅法制得的太阳能级多晶硅，经多晶铸锭或拉成单晶后，加工成硅片，与西门子法制备的硅片同时在太阳电池芯片生产工艺线流片（排出工艺差异的影响）。测得芯片参数合格的前提下，提出了一个太阳能级硅片的质量标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能领域，具体涉及一种太阳能电池硅片及其质量标准。
技术介绍
太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁 能源。1954年美国贝尔实验室研制出了世界第一块实用半导体太阳能电池。近半个世纪以 来，人们为太阳能电池的研究付出了巨大的努力。多晶硅是制备太阳能电池的原材料，是全 球电子二工业及光伏产业的基石。它是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，按照硅含量纯 度可分为太阳能级硅(6N)和电子级硅(11N)。过去太阳能电池的硅材料主要来自电子级硅 的等外品以及单晶硅头尾料、埚底料等，年供应量很小。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能 电池对多晶硅的需求量迅速增长，2008年太阳能级多晶硅的需求量已超过电子级多晶硅。 随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求 的不断提高，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到更加迅猛的发展。而作为现今占 据太阳电池绝大部分市场的晶硅太阳电池，其制备技术一直代表着整个太阳电池工业的制 备技术水平。 太阳能电池的工作原理为当太阳光照射到太阳电池上时，电池吸收光能，产生光 生电子-空穴对。在电池的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，光电池的两端出现异 号电荷的积累，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。若在内建电场的两侧引出电 极并接上负载，则负载中就有光生电流流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直 接变成了可付诸实用的电能。 太阳电池的性能中最重要的是光电转换效率，即进来的光能，有多少能转换为电 能。实用化太阳电池中，结晶硅约为14 15%，无定形硅7 8%。 谈到太阳能级多晶硅、单晶硅的制备，其都以头尾料、边角料、埚底料做为原料，其 质量是半导体硅材料四个档次(探测器级、可控硅级、集成电路级、太阳能电池级)中最低的一档。 之前，提到制作太阳能级多晶硅，本领域技术人员自然联想到多晶硅的纯度应在 6N以上水平(> 99. 9999%)。但在太阳能电池实际生产的过程中，还有其它需要考虑的指 标。本专利专利技术人经过多批实验制备了一种可用于制备太阳能电池芯片的多晶硅，并采用 适当参数进行定义。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供了一种制备太阳能电池硅片的方法， 并对太阳电池用硅片质量的最低标准，进行了定位。 本专利技术一种太阳能电池硅片的制备方法，其特征在于所述原料多晶硅纯度达到> 5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X1017cm—3，碳含量《5X1016cm—3。 本专利技术所述的方法，其特征在于采用原料多晶硅制备成①6〃和①8〃硅单晶，其3位错密度《500个/cm2，少子寿命达10 20微秒；其中所述原料多晶硅纯度达到^ 5N级， 硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X 1017cm—3，碳含量《5X 1016cm—3，少子寿命达10 20 微秒。 本专利技术所述的方法，其特征在于采用熔硅法多晶硅或单晶硅制备成太阳能电池芯片，其光电转化率n :多晶硅为13 14. 5%，单晶硅为15. 5 17. 5% ;其中所述熔硅法多晶硅纯度达到> 5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X 1017cm—3，碳含量《5X 1016cm—3，多晶硅片少子寿命达2微秒；单晶硅片少子寿命达10 20微秒。 本专利技术所述的方法，其特征在于采用熔硅法多晶硅或单晶硅制备成太阳能电池芯片，多晶硅芯片光电衰减率a为4 5%，单晶硅芯片光电衰减率a为3. 5 4. 5%;其中所述原料多晶硅纯度达到^ 5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X 1017cm—3，碳含量《5X 1016cm—3，多晶硅片少子寿命达2微秒；单晶硅片少子寿命达10 20微秒。 本专利技术所述的方法，其特征在于采用熔硅法多晶硅或单晶硅制备成太阳能电池芯片，其开路电压、短路电流、最佳工作电压、最佳工作电流、最大输出功率均符合要求；其中所述原料多晶硅纯度达到^ 5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X 1017cm—3，碳含量《5X 1016cm—3，多晶硅片少子寿命达2微秒；单晶硅片少子寿命达10 20微秒。 太阳能级多晶硅的质量标准是熔硅法制备太阳能级多晶硅首先要解决的问题。众所周知，太阳能芯片制造用硅片，大多采用电子级硅头尾料或埚底料做原料，是半导体硅材料中(探测器级、可控硅级、集成电路级、太阳能电池级)档次最低的一档。本专利技术申请人经过反复实验，发现采用上述质量标准的多晶硅制备的太阳能电池芯片，其光电转换效率、衰减率、芯片电参数均可达到正常生产水平。 本申请专利技术人使用上述质量标准的三批实验多晶硅，拉制成①6〃直拉硅，经切 磨加工、热处理后，投入太阳能芯片制造的生产线，与常规使用的硅片同时进行电池芯片制 造。由于是二种硅片同时流片，排除了工艺的影响。最后二种硅片制作的芯片，进行光电转换效率、光电衰减率和芯片主要电参数的对比。其结果表明光电转换效率(n)、光电衰减率(a)，二种硅片并无差别。具体试验数据如下 n=15.5 17.5% 平均11=16.5% a=3.5 5.5% 平均a = 4. 5% 芯片主要电参数开路电压(VJ、短路电流(IJ、最佳工作电压(Vm)、最佳工作电流(Im)、最大输出功率(Pm)、填充因子等均在规定范围之内。 二组实验用硅片的情况如下 第一组A.从国外贝尔实验室进口的直拉硅片； B.国内甲厂生产的直拉硅片。 第二组国内乙厂用传统西门子法生产之多晶硅，由丙厂制备出硅单晶，加工成硅 片。 第三组国内丁厂制备集成电路用硅单晶生产之头尾料、埚底料制备的硅单晶，加 工成硅片。三组实验多晶硅杂质含量见表l。 表1三组实验硅片杂质含量 <table>table see original document page 5</column></row><table>具体实施方式 实施例1 多晶铸锭 本专利技术所提质量标准的太阳能级多晶硅经腐蚀、清洗后，置于方形高纯石英坩埚内，在铸锭炉内熔化。待温度稳定后，将保温绝热笼缓慢提起，使熔硅从下向上顺序凝固，铸 成一个250Kg重的完整晶锭。顺序凝固同样还有提纯作用。但主要是要有合理的热场设置， 使多晶锭保持大晶粒，晶粒之间尽量是小角度晶界。具体参数如表2所示。 表2<table>table see original document page 5</column></row><table> 实施例2 硅单晶制备 5N太阳能级多晶硅(硼含量O. lppm)，经腐蚀、清洗后，置于透明高纯石英坩埚内， 在磁场直拉炉内熔化，制备P型〈100〉，直径①6〃硅单晶。晶转30rpm，埚转lrpm，拉速 1. 5mm/min，氩气保护压力20 25Torr，氩气流量150L/min，硅单晶参数如表3所示。 表3 <table>table see original document page 6</column></row><table>本文档来自技高网...

【技术保护点】
熔硅法制备太阳能级电池硅片，其特征在于所述多晶硅或单晶硅纯度达到≥５Ｎ级，硼含量达到亚ｐｐｍ级，氧含量为５～８×１０↑［１７］ｃｍ↑［－３］，碳含量≤５×１０↑［１６］ｃｍ↑［－３］，多晶硅片少子寿命达２微秒；单晶硅片少子寿命达１０～２０微秒。

【技术特征摘要】
熔硅法制备太阳能级电池硅片，其特征在于所述多晶硅或单晶硅纯度达到≥5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5～8×1017cm-3，碳含量≤5×1016cm-3，多晶硅片少子寿命达2微秒；单晶硅片少子寿命达10～20微秒。2. 如权利要求1所述的方法，其中硼含量达亚ppm级，对应电阻率O. 5 5欧姆 厘 米，电阻率不均匀度A P《5 % 。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于采用熔硅法多晶硅制备成①6〃和①8〃硅 单晶，其位错密度《500个/ci^，少子寿命达10 20微秒；其中所述原料多晶硅纯度达到 > 5N级，硼含量达到亚ppm级，氧含量为5 8X1017cm—3，碳含量《5 X 1016cm—3，少子寿命 达10 20微秒。4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于采用熔硅法多晶硅或单晶硅制备成太阳 能电池硅片，制成电池芯片光电转化率n :多晶硅为13 14.5%，单晶硅光电转化率为 15. 5 17. 5%;其中所述原料多晶硅纯度达到> 5N级，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岳生，刘彩池，王海云，李幼斌，王继炎，顾励生，郎益谦，
申请(专利权)人：天津希力斯新能源技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]