[发明专利]多晶硅锭、硅母合金、用于提高太阳能电池的多晶硅锭的产率的方法

说明书

本发明涉及具有最小化的红区并因此具有增加的产率和电性能的定向凝固多晶硅锭。所述锭包含以选自以下范围中至少一个的量加到硅熔体中的元素钙：5‑9.99ppmw、10‑500ppmw、500‑550ppmw。所要求保护的发明还涉及硅母合金、用于提高定向凝固多晶锭的产率的方法、用于制备硅母合金的方法以及母合金用于提高锭的产率和电性质的用途。

发明领域

本发明包括用于提高多晶硅锭的产率和用于提高由从硅锭切割的晶片制得的太阳能电池的效率的硅组合物。另外，本发明包括当由硅熔体通过定向凝固生产多晶硅锭时用于提高产率的方法。本发明还包括硅母合金和用于制备所述硅母合金的方法，所述硅母合金用于加到硅熔体中以生产多晶硅锭以便提高用于太阳能电池的多晶硅锭的产率，且用于提高由从硅锭切割的晶片制得的太阳能电池的效率。

背景技术

通过使硅定向凝固以生产多晶硅锭，在锭下端和锭顶端沿着锭的外部形成所谓的“红区”。红区通常2-3cm厚且其特征为少子寿命短。测得红区区域中的少子寿命低于品质要求（高于2µs）。因此定向凝固锭的红区区域通常被切掉且因此不用于生产太阳能电池的晶片。定向凝固多晶硅锭的红区区域降低锭的产率。在多晶硅和补偿硅(包含硼和磷两者的硅)两者中均出现红区，尽管补偿硅中的红区通常厚于多晶硅中的红区。

在定向凝固硅锭的下端、沿壁和上端形成红区的原因与不同类型的缺陷有关；参见Y. Boulfrad：Investigation of the Red Zone of multicrystalline SiliconIngots for Solar cells（用于太阳能电池的多晶硅锭的红区的研究）；Doctoral Thesis，NTNU，Norway 2012：84。主要类型的缺陷由从坩埚和/或从用于坩埚的涂层扩散到固体硅中的Fe和O造成。还可能存在其他缺陷，例如位错和不同类型的缺陷之间的协同效应。还存在以下趋势：在接近定向凝固硅锭上端存在颗粒。出于这个原因，还必须切割掉锭的上部且由此限制了产率。

为了提高硅锭的产率，使红区（特别是硅锭下端的红区）形成降到最小或完全避免是合乎需要的，这会增加适用于晶片和太阳能电池加工的硅锭的有用部分。如果可以降低接近定向凝固硅锭上端的颗粒含量的话，也将是有利的。

发明概述

本发明考虑解决或至少减轻上文所明确的问题。具体而言，本发明的目的在于提供硅锭和方法，其中当由硅熔体生产用于太阳能电池的多晶硅锭时通过改进锭的红区和主体两者中的锭的电性能(少子寿命和太阳能电池效率)来提高产率。

本发明包括定向凝固多晶硅锭，其中所述锭包含以选自以下范围中的至少一个的量加到硅熔体中的元素钙：5-9.99ppmw、10-500ppmw、500-550ppmw。提高定向凝固多晶硅锭的产率，这导致锭切割成晶片时较高的利用率，因此提高了晶片的产率。而且，根据本发明的硅组合物，其中将元素钙以选自以下范围中的至少一个的量加到硅熔体中：5-9.99、10-500、10-250、20-250、10-150、20-150、10-100、10-150ppmw。硅熔体选自多晶硅和补偿硅。

本发明包括当制备定向凝固多晶硅锭时用于加到硅中以提高锭的产率和电性能的硅母合金，其中所述硅母合金包含选自以下范围中的至少一个的量的元素钙：0.5-20重量%、1-15重量%、5-15重量%，余量为高纯度硅。

本发明还包括用于提高多晶硅锭的产率的硅母合金，其中所述硅母合金包含选自以下范围中的至少一个的量的元素钙：0.5-20重量%、1-15重量%、5-15重量%，余量为高纯度硅。而且，当使硅锭定向凝固时，将所述硅母合金任选地加到硅熔体中。