[发明专利]一种多晶硅铸锭的制造方法及其多晶硅铸锭在审

专利信息
申请号: 201410811520.0 申请日: 2014-12-23
公开(公告)号: CN104532345A 公开(公告)日: 2015-04-22
发明(设计)人: 李飞龙;黎晓丰;翟传鑫;张光春 申请(专利权)人: 阿特斯(中国)投资有限公司;阿特斯光伏电力(洛阳)有限公司
主分类号: C30B29/06 分类号: C30B29/06;C30B28/06
代理公司: 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人: 张海英;韩国胜
地址: 215011 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 多晶 铸锭 制造 方法 及其
【说明书】:

技术领域

发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种多晶硅铸锭的制造方法及其多晶硅铸锭。

背景技术

自进入本世纪以来光伏产业成为了世界上增长最快的高新技术产业。在各类太阳能电池中,晶体硅(单晶、多晶)太阳能电池占有极其重要的地位,目前占据了光伏市场75%以上的份额。晶体硅太阳能电池利用p~n结的光生伏特效应实现光电转换,从发展的观点来看,晶体硅太阳能电池在未来很长的一段时间仍将占据主导地位。

生产多晶硅太阳能电池的硅片是由多晶硅铸锭经加工制成,为了满足电池片加工的要求,多晶硅铸锭必须在晶体生长过程中通过调节掺杂剂的浓度获得要求的电学性能。现有的掺杂剂主要包括硼、磷和镓。由于III族元素硼(B)在硅中的分凝系数较接近1,在晶体生长过程中偏析较小,电阻率分布较均匀,大部分的多晶硅铸锭通常掺入适量的III族元素硼(B)获得电阻率为0.5-3.0Ω·㎝的P型多晶硅铸锭。然而,掺杂剂硼(B)与多晶硅铸锭中的氧(O)在光照条件下形成B-O复合体会产生光致衰减的现象,降低了电池的转换效率;另外,硅中的硼(B)易与硅锭中的其他杂质如铁(Fe)产生Fe-B对,恶化了硅锭的少子寿命,进而降低了电池的转换效率。

现有技术中,有通过掺入施主杂质如VI元素磷(P)来制作N型多晶硅铸锭,但磷(P)在硅中的分凝系数为0.35,在多晶硅铸锭中分布不均匀,电阻率相差较大,造成铸锭收率较低;另一方面,磷的蒸汽分压较低,晶体生长过程中挥发量较多,掺杂量不宜掌控。

还有一些技术方案掺杂镓(Ga)进行P型多晶硅铸锭的制备,但由于镓(Ga)在硅中的分凝系数仅有0.008,在晶体生长过程中浓度差异较大,造成电阻率分布不均匀,电阻率满足要求的区域过少,使得铸锭成本过高,不利于批量生产。

因此,亟需开发一种电阻率分布均匀、少子寿命长、光致衰减率低且易于实施、成品率高的多晶硅铸锭的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多晶硅铸锭的制造方法及其多晶硅铸锭,利用所述制造方法能够得到电阻率分布均匀、少子寿命长、光致衰减率低且易于实施、成品率高的多晶硅铸锭。

为达此目的,本发明采用以下技术方案:

一种多晶硅铸锭的制造方法,包括以下步骤:

步骤一、加料:将多晶硅料和镓掺杂剂的混合物放入的铸锭炉的坩埚内,所述铸锭炉上设有二次加料装置,在所述二次加料装置内放入掺磷硅料;

步骤二、抽真空、加热:抽真空后,在铸锭炉内充入氩气,按照从上到下的顺序逐渐熔化所述坩埚中的混合物;

步骤三、结晶阶段:调节铸锭炉中控温热电偶的温度和铸锭炉侧部的隔热笼向上移动的速率,使熔融混合物自下向上生长;

步骤四、掺入掺磷硅料:待熔融混合物结晶至完整铸锭高度的60-80%之间时,使提前放入所述二次加料装置中的掺磷硅料落入坩埚;

步骤五、退火:对结晶完毕的铸锭进行退火。

进一步的技术方案,在步骤一中,加料前对所述坩埚内壁涂敷氮化硅涂层,所述氮化硅涂层的厚度为50-70μm,纯度大于99.99%。

进一步的技术方案,在步骤一中,所述坩埚的高度为H,所述镓掺杂剂位于坩埚高度0.3H-0.5H的区域内,所述混合物中镓元素的含量为11-14ppma。

进一步的技术方案,在步骤一中,所述掺磷硅料为N型单晶片状材料,电阻率为0.001-0.002Ω·㎝,添加量为30-80g。

进一步的技术方案,在步骤一中,所述二次加料装置安装于所述铸锭炉顶部,并与铸锭炉连通,包括储料仓和阀门,所述阀门位于储料仓的下方,打开阀门,所述储料仓内的物料在重力的作用下自动滑落至铸锭炉的坩埚内。

进一步的技术方案,在步骤二中,所述加热的温度为1500-1550℃,所述混合物中的镓掺杂剂开始熔化时,炉压控制在700-800mbar范围内。

进一步的技术方案,在步骤三中,所述控温热电偶的温度调节范围为1400-1430℃;所述隔热笼向上移动的速率为0.5-0.6cm/h,所述隔热笼的最高移动高度为最终形成的多晶硅铸锭高度的70-80%。

进一步的技术方案,在步骤三中,随着熔融混合物高度的增加,减小炉压,并增大进入铸锭炉内氩气的流量,所述炉压的调节范围为100-600mbar,所述氩气流量的调节范围为10-50L/min。

进一步的技术方案,在步骤四中,所述隔热笼的位置保持不变或下降0.5-1.0cm,并将TC1温度升高40-50℃,然后分多次打开所述二次加料装置的阀门,使掺磷硅料分批落入坩埚内。

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