[发明专利]低阻单晶硅掺杂方法

说明书

本申请公开了一种低阻单晶硅掺杂方法，包括以下步骤：先将低阻镓材料和低阻硼材料制成低阻镓硼硅合金材料，然后再加入硅料中，接着进行抽真空、引晶、缩颈、放肩，以更好的满足低阻单晶硅的生产。本方法制得的单晶硅的电阻率档位为0.5‑1.5Ω·cm，将单晶硅太阳能电池光电转化效率提升至21.71％；在不影响单晶硅抗衰减能力的情况下，解决了由于镓分凝系数低导致单晶硅轴向电阻率分布不均匀的问题，提高了原材料利用率，提高了低阻单晶硅产品合格率，减少浪费。

技术领域

本申请涉及单晶制备技术领域，尤其涉及一种通过掺杂多种低阻掺杂剂的低阻单晶硅掺杂方法。

背景技术

太阳能晶体硅材料是最主要的光伏材料，它应用于太阳能电池，可以将太阳能转化为电能，在常规能源紧缺的今天，太阳能具有巨大的应用价值，近年来，全球太阳能光伏产业迅速增长，太阳能电池产量快速增加，直接拉动了多晶硅需求的急剧膨胀。太阳能晶体硅材料包括单晶硅和多晶硅材料。太阳能级晶体硅材料高昂的制造成本以及复杂的制备工艺是制约光伏产业大发展的瓶颈，严重阻碍了我国太阳能电池的推广和使用。我国能够自主生产的太阳能晶体硅严重不能满足中国市场的需求，绝大部分原材料需要进口，开发适合我国国情的太阳能晶体硅尤其是单晶硅制备技术符合国家能源战略的要求，是我国光伏产业大发展的必由之路。

为此，世界各国都在积极开发具有生产周期短、污染小、成本低、工艺相对简单、规模大小可控的制备高纯硅材料的新工艺方法，而冶金法由于具备以上优点，被认为是最能有效降低多晶硅生产成本的技术之一，目前已成为世界各国竞相研发的热点。电子束熔炼技术是冶金法制备太阳能多晶硅中重要的方法之一，它是利用高能量密度的电子束作为热源的工艺方法，一般的电子束熔炼方法是通过熔化硅料形成熔池后，在电子束产生的高温下，表面蒸发去除饱和蒸汽压较高的杂质如磷，铝等，然后将硅液倒入凝固坩埚中，再利用金属杂质的定向凝固作用，使金属在凝固时，液态中的金属杂质含量高于固态，如此，金属杂质在最后凝固的区域富集，最后通过去除金属含量富集的部分即可得到高纯硅锭。但是此过程控制复杂，需要用电子束继续对凝固坩埚进行加热，且同时降低电子束束流来使温度逐渐降低使铸锭从凝固坩埚底部逐层凝固。单炉生产时间长，设备繁杂。

目前在生产太阳能级硅单晶材料时，其电阻率的控制是通过特定电阻率的材料实现的。低阻单晶硅的生产中主要是通过添加低阻镓材料或/和低阻硼材料来实现的。但是分别添加低阻镓材料或低阻硼材料各有优缺点，都无法更好的满足太阳能电池行业的需求。

由于镓的分凝系数很低，导致镓在单晶硅中的掺杂浓度变化较大，因而掺镓的单晶硅轴向电阻率分布不均匀，并且轴向电阻率变化很大。尚德虽然通过一系列的技术工艺改进，使镓在单晶硅的内部分布更均匀一些，但是，单晶硅轴向的电阻率分布还是很宽的，必定导致一部分产品不能满足太阳能电池需求，自然就会浪费材料。

掺杂低阻硼材料的低阻单晶硅的轴向电阻率分布较为均匀，但是，抗衰减能力较弱，主要是由于硼材料的添加量较高，导致抗衰减能力减弱。

现有技术中也有用镓和硼作为共掺杂剂使用，但是加入方式都是将镓和硼先后加入，这种加入方式，不能很好的缓解镓的分凝系数低所带来的单晶硅轴向电阻率分布不均匀的问题，也不能解决硼带来的单晶硅抗衰减能力弱的问题。

在低阻单晶硅的生产过程中，如何保证低阻单晶硅的轴向电阻率分布更均匀，且能保证单晶硅具有较高的抗衰减能力和太阳能电池具有较高的光电转换效率，是现有技术亟待解决的难题。

本申请通过一种镓和硼的特定的加料方式，很好的解决了以上技术问题，为低阻单晶硅的生产具有技术上指导作用。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容