[发明专利]电阻率分布均匀的掺镓晶体硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法。

背景技术

目前铸造多晶硅片以P型多晶为主，掺杂剂主要为硼，因为硼的分凝系数接近于1，所以电阻率分布较为均匀，且循环料容易处理使用。但掺硼硅片由于硼氧复合体的存在会在电池片后续使用中产生光致衰减。

对于P型硅片，掺镓硅片已经被证明没有光衰，但由于镓在硅中的分凝系数极低，仅为0.008，在实际生产中正常掺镓的硅锭电阻率分布在0.1-5Ω.cm之间，分布范围过大，满足电阻率在0.8-3Ω.cm之间的合格部分通常不足50％，无法进行生产推广。

目前一些改进方法中提到的控制电阻率均匀的方法，基本以掺杂补偿元素和硼镓共掺为主。但是这种方法会导致硅片补偿严重，而且循环料中杂质成分非常复杂，另外硼镓共掺由于硼的存在不能完全解决光衰问题，是实际生产中不便推广的主要原因。

发明内容

基于此，有必要提供一种电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法。

一种电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法，包括以下步骤：

在坩埚底部均匀铺设一层掺镓硅料；

在所述掺镓硅料的上方设置含有镓掺杂剂的多晶硅料；

控制所述坩埚内的温度使所述多晶硅料、掺镓硅料自上至下逐步熔化，并在所述掺镓硅料部分熔化时使熔化形成的硅液向上结晶并最终生成晶体硅锭。

上述电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法中，在坩埚底部铺设有掺镓硅料，保证底部长晶过程中持续有镓通过扩散进入底部晶体，从而提高了硅锭底部掺杂浓度，这样可有效对硅锭底部电阻进行控制，缩小硅锭电阻率在垂直方向上的分布范围，提高电阻率在0.8～3Ω.cm的合格硅锭的比例。

在其中一个实施例中，所述镓掺杂剂为纯镓或硅-镓合金。

在其中一个实施例中，所述掺镓硅料为掺镓多晶硅或掺镓单晶硅。

在其中一个实施例中，所述掺镓多晶硅为颗粒状。

在其中一个实施例中，所述掺镓单晶硅为块状单晶硅，平铺在坩埚底部。

在其中一个实施例中，所述熔化在真空或惰性气体的保护下进行。

在其中一个实施例中，利用石英杆辅助测量掺镓硅料的熔化程度。

在其中一个实施例中，所述掺镓硅料中的镓掺杂浓度范围为10000～200000ppbw。

还提出一种由上述方法制得的掺镓晶体硅。

附图说明

图1为本发明的电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法的流程图。

具体实施方式

请参考图1，本发明提供一种电阻率分布均匀的掺镓晶体硅的制备方法，包括以下步骤。

步骤S110、在坩埚底部均匀铺设一层掺镓硅料。掺镓硅料可以为掺镓多晶硅或掺镓单晶硅，可自行制备或从市场上购买。此层掺镓硅料同时作为后续硅料熔化后长晶的籽晶。

步骤S120、在所述掺镓硅料的上方设置含有镓掺杂剂的多晶硅料。向坩埚内继续投放多晶硅料及镓掺杂剂。镓掺杂剂可以为纯镓或硅-镓合金。多晶硅料与镓掺杂剂的混合程度不作要求，可以提前混合，也可以依次投放进入坩埚内。镓掺杂剂会在熔化阶段均匀分布在硅液中，在铸锭定向凝固过程中，由于分凝系数很小，镓掺杂剂绝大部分会分布到硅锭的上半部分。

步骤S130、控制所述坩埚内的温度使所述多晶硅料、掺镓硅料自上至下逐步熔化，并在所述掺镓硅料部分熔化时使熔化形成的硅液向上结晶并最终生成晶体硅锭。

熔化过程采取自上而下的熔化方式，在坩埚底部的掺镓硅料部分熔化时开始向上长晶。熔化在真空或惰性气体的保护下进行，以避免后续晶体中产生缺陷，以很好控制晶体电阻率。可根据经验或利用辅助工具(如石英杆)辅助测量掺镓硅料的熔化程度。未熔化的掺镓硅料部分后续可从晶体硅锭上截取下来循环使用。

传统方案中，硅料与镓掺杂剂共同熔化后跳入长晶阶段。由于镓的分凝系数很小，只有0.008，分凝过程中，镓掺杂剂通过分凝绝大部分会分布到硅锭的上半部分，导致硅锭底部的掺杂浓度较低，导致电阻率偏大。因此，当要控制增加硅锭底部的掺杂浓度时，传统方案可能采取的方式是：增大硅料中的镓掺杂剂的浓度，但这样做一方面增加了总体掺杂的量，另一方面导致硅锭头部的掺杂浓度偏大，电阻率难以控制。