[发明专利]用直拉区熔法制备6英寸N型太阳能硅单晶的方法

说明书

技术领域

　　本发明涉及硅单晶的制备工艺，特别涉及一种用直拉区熔法制备6英寸N型太阳能硅单晶的方法。

背景技术

目前，用于硅太阳能电池的主体功能材料主要由区熔单晶硅、直拉单晶硅、直拉多晶硅、浇铸多晶硅进行不同级别（光电转换效率）的硅太阳能电池生产。未来，全球硅太阳能电池的发展和产品构成将趋于考虑成本和效率两方面的因素，由于用传统的制备方法生产的硅单晶具有氧、碳含量高等缺点，硅单晶普遍出现非平衡少数载流子寿命低，最终使太阳能电池的成本/输出瓦特比值较大，市场优势不明显。

专利号为ZL00105518.6的中国专利公开了一种生产硅单晶的直拉区熔法，即CFZ硅单晶法。硅单晶在直拉过程中可引入高氧含量达10¹⁸atm/cm³，经过区熔一次成晶后，硅单晶氧含量降为10¹⁶atm/cm³ ，硅单晶完全达到了国家标准。直拉区熔的同时可以经过直拉多晶棒料预掺杂N型或者P型杂质，极大的提高了区熔炉的产能，降低了区熔硅单晶的生产周期和生产成本。但是硅单晶电阻率分布难以准确控制，合格率较低。

专利号为CN1333114C，名称为《气相掺杂区熔硅单晶的生产方法》的专利文件公开了气相掺杂区熔硅单晶的生产方法，产品氧、碳含量较低，所以其捕获中心较少，制作的太阳能电池转化效率也较高。但是唯一的缺点是成本太高，只能用于军用或航天等特殊领域，难以大规模生产。

上述两种方法单独应用时均不能达到生低成本、高合格率太阳能硅单晶的要求，因此，为改变上述工艺的不足， 申请号为的201110306525.4的《用直拉区熔法制备6英寸P型太阳能硅单晶的方法》专利有效解决了上述问题，但该技术只适用于P型太阳能电池用硅单晶的生产，而不能解决N型太阳能电池用硅单晶的生产。这是因为其所采用的掺杂剂为硼烷，其热分解温度为300℃，在硅中的分凝系数为0.8。而N型太阳能电池生产中，所用掺杂剂为磷烷，热分解温度为375℃，所以导致气掺过程中掺杂剂的掺杂性能完全改变，需要重新进行试验探索；而且磷在硅中的分凝系数为0.5，所制造的硅单晶电阻率均匀性较差。需要开发新的工艺来解决N型太阳能用硅单晶的生产问题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对特殊电阻率要求的N型太阳能硅单晶的制备要求，提供一种用直拉区熔法制备6英寸N型太阳能硅单晶的方法，运用气相掺杂区熔硅单晶方法结合直拉硅单晶生产方法，通过控制拉晶工艺参数范围，抽空充气，掺杂气体浓度，掺杂气通入流量，使工艺方法满足生产6英寸N型太阳能硅单晶的要求。

相比于P型太阳能用硅单晶，拉制N型太阳能用硅单晶时，掺杂气磷烷热分解温度较高，会有更高比例的掺杂剂进入硅单晶中，所以，需要降低其通入流量；同时由于磷在硅中偏析系数较大，需要在气掺过程中，需要相对更剧烈地降低掺杂气的通入量以保证电阻率的一致性。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种用直拉区熔法制备6英寸N型太阳能硅单晶的方法，其特征在于，首先用直拉法进行硅多晶料的拉制；然后进行锭形加工、清洗腐蚀，再用区熔气掺的方法继续拉制掺杂的硅单晶，所述方法包括如下步骤：

步骤1、清理炉膛，将块状硅多晶料装入直拉炉中的石英坩埚内，然后抽真空、充氩气，经30～60分钟抽真空到压力≤100毫乇，漏率＜50时充氩气至真空压力≤ 14乇；

步骤2、启动加热，将块状硅多晶全部熔化后，下降籽晶将籽晶与硅熔体相熔接；

步骤3、液面稳定后进行拉细颈；用籽晶从熔融状的多晶料中拉出一段直径为2～5mm，长度为80～120mm的细颈；

步骤4、下降籽晶升速，设定晶升速度为0.3～0.6mm/min进行放肩，用40～70分钟时间，将拉晶直径从细颈的2～5mm扩大到140mm～150mm；

步骤5、降低晶升速度进行转肩，之后控制拉晶速度进行等径拉晶；

步骤6、降低晶体拉速进行收尾；收尾过程时间为1.5～2.5小时；

步骤7、提高晶体离开液面，之后进行停炉操作，待冷却3～5小时后，将多晶棒料出炉；

步骤8、将出炉后的多晶棒进行锭形加工，即对用直拉法拉制的多晶料进行滚磨、刻槽、磨头加工，使其符合区熔用料要求，清洗腐蚀后装入区熔炉内晶体夹持器上，将籽晶装入籽晶固定夹头上，

步骤9、进行掺杂气通入量设定，磷烷气体会在流量计控制下按照通入量设定值进入炉室，关闭炉门抽真空充氩气，充氩气完毕后，对多晶棒进行预热；