[发明专利]一种镓锗硼共掺多晶硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种镓锗硼共掺多晶硅及其制备方法，属于半导体材料制作技术领域。

背景技术

目前太阳能电池所用原料以晶体硅为主，其中，通过直拉法制备的单晶硅具有电池转换率高的优点，但是其操作复杂且成本偏高。此外，在直拉过程中掺入的氧使得单晶硅电池的光致衰减比较明显。多晶硅铸锭有操作简便，成本较低的优点，但是，多晶硅存在光电效率偏低的缺点；同时，无论是单晶硅还是多晶硅，都存在材料的机械强度有待提高的技术问题。

通过掺杂技术优化硅片质量，克服硅片缺陷是目前较为有效的解决方案。为此，人们进行了各种各样的尝试和改进，设计出各种硅片掺杂优化的技术方案。

如在申请为201310249116.4，名称为“硼-镓共掺高效多晶硅及其制备方法”的中国发明专利申请文件中公开了一种硼镓共掺多晶硅的制备方法，含有浓度为1*10¹⁵~2*10¹⁶ atoms/cm³的硼或磷，还含有浓度为1*10¹⁶~2*10¹⁸ atoms/cm³的镓。这种制备方法有效地降低了产品多晶硅片的光致衰减，但对于多晶硅电池片机械强度低的问题并没有解决方案。又如：在申请号为201410205422.2，名称为“一种掺镓多晶硅锭及其制备方法”的中国发明专利申请文件中公开了一种掺镓多晶硅的制备方法，含有5~7ppm金属镓，有效地减少了由于掺硼造成的光致衰减率高的问题。但是单一掺镓的成本明显较高。

发明内容

本发明针对现有技术中通过掺杂提高硅片质量中存在的上述技术问题，提供一种镓硼锗共掺多晶硅及其制备方法，降低太阳电池光致衰减，提高硅片的机械强度。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种镓硼锗共掺多晶硅，其特征在于：在多晶硅中掺杂有镓、硼、锗三种元素，该三种元素在单晶硅中最终的原子体积浓度分别为：1.02*10¹⁵-1.02*10¹⁷atoms/cm³，硼元素10¹⁵-10¹⁷atoms/cm³，锗元素10¹⁶-2*10¹⁹atoms/cm³。

同时，本发明还公开了一种制备上述镓硼锗共掺多晶硅的方法，包括如下步骤：

S1：将籽晶铺设在坩埚底部，在上面添加硅原料、含硼料、含镓料与含锗料；

S2：将装有上述原料的坩埚放入铸锭炉，同时打开铸锭炉的隔热笼，抽真空加热，使融化的硅料沿底部籽晶界面处开始凝固长晶，控制温度梯度，定向凝固生成硼镓锗共掺多晶硅锭；

S3：将步骤S2中获得的多单晶硅锭经后续处理加工成多晶硅，用于电池片制作。

进一步地，步骤S1中所述的籽晶为硅原料的头尾料、硅片料和粒料中的一种或多种，或为高熔点硅化合物的一种或几种，或为硅原料与硅化合物的混合物。在此处，高熔点硅化合物是指石英砂、碳化硅等熔点大于硅的硅化合物，硅原料指的是纯硅原料。

进一步地，步骤S1中, 硅原料纯度应为6N及以上，所述含硼料选用5N纯度以上的高纯单质、含镓料选用6N纯度以上的高纯单质、含锗料选用4N纯度以上的高纯单质，或者含有上述单质的高纯化合物；所述含硼料、含镓料和含锗料的用量按照每立方厘米成品单晶硅材料中的原子个数称取，即镓元素1.02*10¹⁵-1.02*10¹⁷atoms/cm³，硼元素1*10¹⁵-1*10¹⁷ atoms/cm³, 锗元素1*10¹⁶-2*10¹⁹atoms/cm³。

进一步地，所述高纯化合物为镓硅合金、硼硅合金、锗硅合金、镓硼合金、镓锗合金、锗镓合金、镓硼锗合金或镓硼锗硅合金。

进一步地，步骤S2中控制加热器温度在1500℃以上，并控制坩埚底部的最高温度低于1400℃，使籽晶部分熔化，控制底部升温速率。