[发明专利]一种多晶硅及其制备方法

说明书

技术领域

   本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种多晶硅的制备方法。

背景技术

晶体硅是太阳能电池制造中使用最为普遍的半导体材料，目前用于制造太阳能电池的晶体硅主要是采用直拉法的单晶硅及采用铸锭技术的多晶硅。多晶硅铸锭，投料量大、操作简单、工艺成本低，但电池转换效率低、寿命短；直拉单晶硅转换效率高，但单次投料少，操作复杂，成本高，基本被淘汰。

   高效多晶硅铸锭制备技术可以说是第二代铸锭技术的发展，通过更为理想的温度梯度、界面形状来控制硅晶体的形核与生长，获得质量更好的多晶硅，即高效多晶硅。

   高效多晶硅铸锭的现有制备技术主要有两种，（1）依靠投入高质量的硅料（达到9N）制备的；（2）在坩埚底部铺一层多晶碎片，在多晶碎片层（形核源层）上设置熔融状态的硅料，控制坩埚底部温度低于形核源熔点，使得形核源层不被完全熔化，控制坩埚内的温度沿垂直与坩埚底部向上的方向形成温度梯度，使得熔化后的硅料在形核源上形核结晶，形成高效的多晶硅。

然而上述第一种方法的投入成本较高，大规模生产基本不采用。第二种方法目前应用较多，但该方法操作复杂，需要操作工有熟练的操作经验保证坩埚底部籽晶不被完全熔化，并且得料率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效多晶硅的制备方法，该方法具有易操作、得料率高、成本低等特点，并且采用本发明制备方法制成的太阳电池，电池效率比普通多晶硅要高0.2-0.4%，整锭硅片的平均电池效率达到17.5%，最大效率高达18.0% 。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述多晶硅的制备方法包括如下步骤：

（1）将掺有电活性掺杂剂的硅料装入石英坩埚内，把石英坩埚装入铸锭炉的隔热笼内，该铸锭炉为现有市售的铸锭炉，其中包括隔热笼、加热器等结构；

（2）控制铸锭炉加热器的温度为1535—1565℃，使硅料完全熔化，当硅料

熔化完全时，控制石英坩埚内底部的温度为1380—1420℃（通过控制加热器的温度来控制底部温度，加热器温度越高，则底部温度也高，硅料熔化过程中，隔热笼是完全关闭的）； 

（3）以150—200℃/h的降温速度使铸锭炉加热器的温度降至1425—1440℃；

对熔融状态的硅料进行冷却，使其达到过冷状态；保持加热器温度，使熔融的硅料在过冷状态下稳一段时间，优选30—90min，使硅液在长晶前处于一个相对稳定的状态，有利于长晶初期形核的稳定。

（4）以6—8mm/min的速度提升铸锭炉中的隔热笼，使隔热笼底部与铸锭炉下炉腔底部保温层之间的距离为6—8cm，使熔融过冷状态的硅料在石英坩埚底部内面的石英砂表面形核结晶，形成形核源层后进入长晶期；在长晶初期，控制铸锭炉加热器的温度为1425—1440℃，控制隔热笼提升速度为3—5mm/h，这样，使得沿石英砂坩埚底部在形核源层上纵向生长成一层均一的、树枝状的晶体；在长晶中后期，以1—2℃/h的降温速度使铸锭炉加热器降温，同时控制隔热笼提升速度为6—10mm/h，这样，晶体以树枝状的晶体为籽晶，并保持微凸的固液界面，竖直向上定向生长；

（5）将经过上述步骤处理后硅料上长出的晶体再经退火、冷却后，即得含

有大量孪晶的多晶硅。所述退火和冷却过程为本领域常规手段。

优选地，步骤（1）中所述掺有电活性掺杂剂的硅料的目标电阻率为1—2Ω·cm。步骤（1）中所述的电活性掺杂剂为硼。步骤（1）中所述掺有电活性掺杂剂的硅料的装入量为790-850kg。步骤（1）所述的石英坩埚底部内表面为粗糙面且喷涂有高纯石英砂（石英砂中石英的含量在99.99%以上）。本发明所述的多晶硅是高效多晶硅，高效多晶硅指的是利用它制成的电池片，电池转换效率比用普通多晶硅制成的电池片高0.2-0.4%。

本发明步骤（5）中生成含有大量孪晶的多晶硅切片后，硅片中的孪晶面积占整个硅片面积的80%以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明提供的高效多晶硅的制备方法，采用特别的孪晶生长控制技术，通过对普通多晶工艺进行优化如形核期，将隔热笼迅速打开，调节隔热笼的开度在6-8cm，长晶初期，调节加热器温度为1425-1440℃，缓慢提升隔热笼，沿坩埚底部纵向在形核源层上面生长成一层均一的、树枝状的晶体，然后以这一层树枝晶为籽晶，竖直向上定向生长成晶体硅；

（2） 本发明方法熔化工艺和普通多晶熔化工艺一样，具有得料率高、成本低等特点，并且操作简单，易于大规模生产；