[发明专利]一种硅料掺杂剂的加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及光伏组件加工技术领域，特别涉及一种硅料掺杂剂的加工工艺。 

背景技术

光伏电池是通过载流子进行导电的，纯正的半导体是依靠本征激发来产生载流子，但仅仅依靠本征激发所产生的载流子数量有限，而且容易受到温度等外部因素的影响。 

为了弥补这一不足，通常在高纯的硅料中添加掺杂剂，通过低电阻的掺杂剂来补偿高纯硅料的高电阻，最终达到光伏电池硅片所需的电阻率。 

所述掺杂剂是指在原硅料中掺入三价或者五价单质后铸造成的硅锭。在所述掺杂剂铸造成型后进行破碎处理，然后掺入高纯原硅料中铸造正常的硅晶体，所述掺杂剂中存在能够为硅晶体传导过程提供电子或者空穴的元素，这些元素能够改变硅晶体的传导特性。上述向高纯的硅料中添加掺杂剂的过程即为掺杂。例如，可以在硅料中掺入含有三价或者五价元素的掺杂剂，从而形成本征激发之外的其他载流子：当掺入的掺杂剂内含有三价元素时，硅原子的四个价电子只有三个可以成键，而剩余的一个价电子就会形成空穴，此时的载流子为正电性的空穴，则半导体为P型半导体；当掺入的掺杂剂含有五价元素时，硅原子的四个价电子均可以成键，而五价元素中多出的那个价电子相当于一个自由电子，以形成N型半导体。因此，掺入少量的三价或者五价元素，可以大幅改善本征半导体的导电性，使其生长出的单晶或者多晶硅锭的电阻率达到规定的要求。 

现有掺杂剂的生产方法主要是在高纯的硅料中掺入硼源以制作P型掺杂剂，或者在高纯的硅料中掺入磷源以制作N型掺杂剂，然后再将掺杂后的原料采用单晶炉进行铸造。 

上述单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等 多晶材料熔化，采用直拉法生长无错位单晶或者多晶的设备。所述直拉法生产工艺包括硅料熔化、籽晶引晶、放肩、等径和收尾五个工艺过程，最终拉制形成单晶或者多晶硅棒，作为硅晶体铸造用的硅料掺杂剂。 

采用上述直拉法制作得出的掺杂剂，单棒重量在120kg～130kg，其能耗较高，因此，如何设计一种硅料掺杂剂的加工工艺，以降低硅料掺杂剂的制造成本、提高其产能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种硅料掺杂剂的加工工艺，能够采用多晶铸锭炉完成铸造过程，显著提高了硅料掺杂剂的铸造效率，并降低了其铸造成本。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅料掺杂剂的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤： 

11）将原硅料和掺杂单质进行配料； 

12）将配好的原料装入铸锭炉内，将铸锭炉调至真空模式，并将配好的原料逐步加热到设定温度； 

13）将铸锭炉内的压力控制在0.4至0.8个大气压，并向其内充入氩气，然后将原料由设定温度逐步加热到熔化温度，待原料完全熔化后，逐步降低铸锭炉内温度，使液态的原料重新结晶，以形成硅料掺杂剂。 

本发明采用铸锭炉铸造硅料掺杂剂，首先在真空模式下对原料进行预热，其加热的效率较高，原料的温度也较为均匀；而原料的熔化和后续的结晶均在低压模式下进行，同时还向炉内通入氩气来控制炉内环境，以减少掺杂单质的挥发，确保掺杂单质与硅料充分混合；然后逐步降低炉内温度，完成结晶过程，则掺杂单质在硅料结晶过程中的总体分布更为均衡，铸造的掺杂剂电阻率在0.001～0.01Ω·cm之间，且其在不同区域电阻率的波动范围基本在0.005Ω·cm左右，使用时不存在局部位置电阻率偏大或者偏小的现象；此外，采用铸锭炉铸造时 的投料量可以达到500kg至1000kg之间，相对于现有单晶炉铸造的120kg至130kg的投料量有大幅增长，但其能耗要远远低于现有的单晶炉铸造，也就是说，本发明采用多晶铸锭炉不仅提高了硅料掺杂剂的产能，也降低了其成本。 

优选地，在步骤11）中，按照每400kg原硅料掺入30～70g掺杂单质的配比进行配料。 

采用上述配比进行配料，可以大幅度改善原硅料的导电性能，且掺杂单质能够得到充分利用，实验证明，上述配比为原硅料与掺杂单质的最佳配比。 

优选地，所述步骤12）中按照下述方式逐步加热原料： 

将铸锭炉内加热器的功率依次设定在10～30kw、40～60kw、70～90kw和100～120kw，并在每个阶段分别保持0～30min、30～60min、30～120min和60～240min，以便将原料加热到设定温度。 

为实现对原料的逐步加热，可以分阶段逐步提高加热器的功率，并逐渐延长每个阶段的加热时间，以便将原料加热到设定温度，保证加热的均匀性，为后续的熔化和结晶做好准备。