[发明专利]采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶硅棒的拉制方法，尤其涉及一种采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法。

背景技术

单晶硅太阳能电池具有效率高，稳定性好的特点，产业化p型单晶硅太阳能电池的效率一般在19～20％之间，随着世界范围内对光伏新能源的需求增加，针对光伏应用的硅原料产能已经远远超过半导体产业的需求，光伏用拉单晶普遍采用多晶硅原料纯度为大于99.9999％。

随着太阳能电池市场价格不断降低，对硅太阳能电池效率提出更高的要求。n型单晶硅太阳能电池的效率一般比p型单晶硅太阳能电池效率高2％，那么光伏组件及电站系统成本将相应大幅降低。p型硅材料掺杂剂为硼，分凝系数约为0.8，n型硅材料的掺杂剂为磷，分凝系数约为0.35，n型硅料由于掺杂剂分凝系数较小，电阻率分布不均匀。

一般n型单晶拉制时，采用硅料纯度大于99.9999％，硅料熔化后在硅液中加入一定量的磷母合金，磷的含量范围一般为0.01～0.2ppmWt，硼的含量低于0.005ppmWt，单晶棒起始电阻率为12Ωcm时，单晶棒尾部电阻率可能达0.5Ωcm，电阻率分布非常不均匀。当电阻率分布梯度太大时，切片后单晶硅片的电阻率差异大。制作太阳能电池的过程中，硅片电阻率分布不均对电池工艺的稳定性造成很大的影响。

n型单晶硅片目前主要用于制作高效太阳能电池如n型HIT单晶硅太阳能电池，n型IBC单晶硅太阳能电池等，n型硅片的价格比普通p型硅片价格高很多，导致硅片成本在高效太阳能电池的成本中占据将近一半。因此，有必要提供一种价格低廉且电阻率分布均匀的n型单晶硅片，降低太阳能电池成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，无需添加额外的n型或p型掺杂剂，降低太阳能电池成本，并且能够使得n型单晶硅片的电阻率分布更加均匀。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，包括如下步骤：a)选用含有磷和硼的n型多晶硅原料；b)将n型多晶硅原料投入单晶炉主加热腔室中，加热熔化后使用n型晶向的籽晶引晶拉制形成单晶硅棒；c)将单晶硅棒向上提起放入单晶炉副腔室，关闭主加热腔室与副腔室闸板，并向副腔室冲入氩气，对单晶硅棒进行冷却。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤a)中的多晶硅原料为选择性冶金提纯而成的n型多晶硅原料，所述多晶硅原料中硼的重量含量为：0.04～0.1ppm。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤b)中n型多晶硅原料的加热熔化时间为8小时，待温度稳定后使用n型<100>晶向的籽晶开始引晶，控制起始电阻率为5～6Ωcm。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤b)中当剩余硅料百分重量占比下降到预设阀值时，第一根单晶棒进行收尾，待进行再次加料、熔化、温度稳定后进行第二根单晶棒拉制。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤c)中控制副腔室压力至800kPa，并对第一根单晶硅棒至少冷却1小时；同时降低侧面加热器功率至58kW，降低硅液温度,当硅液表面出现凝固的结晶层时，将第一根单晶硅棒撤出单晶炉副腔室；再次加料后升高加热器功率至65kW，熔化n型多晶硅原料；待多晶硅原料全部熔化后，温度稳定2小时，开始第二根单晶棒拉制。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤b)采用以下配套参数进行等径处理：晶体转速为11～13rpm，坩埚转速为9.8～11rpm，晶体提拉速率为0.8～1.1mm/min，埚跟比为0.11～0.12，单晶炉主加热腔室内压力为1550～1650Pa，氩气流量为45～50slm。

上述的采用补偿硅料的n型单晶硅拉制方法，其中，所述步骤b)中等径处理过程如下：待单晶硅棒缩径长度为10cm后开始等径；初期晶体转速为11rpm，坩埚转速为9.8rpm，晶体提拉速率为0.8mm/min；待单晶硅棒长度超过15cm后；控制晶体转速为11～13rpm，坩埚转速为9.8～11rpm，晶体提拉速率为0.8～1.1mm/min，埚跟比为0.11～0.12，单晶炉内压力为1550～1650Pa，氩气流量为45～50slm；拉制单晶硅棒等径区域直径为205～203mm，等径长度约1350mm；待硅熔液剩余重量为坩埚内初始装料重量的30～20％时，升高侧面加热器功率提高硅熔液温度，并提高晶体提拉速率到1.5mm/min，进行收尾。