[发明专利]一种硅锭和多晶硅片的制备方法、以及由其制备的硅锭和多晶硅片

说明书

本发明涉及一种硅锭和多晶硅片的制备方法，该方法包括以下步骤：将硅料、硼硅合金、磷硅合金和金属镓按照硅：硼：磷：镓以摩尔比为1：(1.1×10^‑5至1.3×10^‑5)：(6.9×10^‑6至8.3×10^‑6)：(4.2×10^‑7至5.0×10^‑7)的比例混合；将混合后的物料放置在具有下隔热笼的多晶炉中，在1450‑1550℃下加热10‑30小时使物料融化；打开下隔热笼，在1400‑1440℃下使混合物料定向凝固；在1350‑1390℃下退火2‑4小时；以0.1‑10℃/min的速度冷却降温以得到从底部到顶部电阻率分布一致的硅锭；经过开方、切片后得到电阻率分布更加一致，少子寿命更高的多晶硅片。根据本发明的方法制备的硅锭和多晶硅片的电阻率分布更加均匀，少子寿命更长，因此，由其制备的太阳能电池的效率更高。

技术领域

本发明要求申请人“扬州荣德新能源科技有限公司”于2016年8月31日提交的发明名称为“一种硅锭和多晶硅片的制备方法、以及由其制备的硅锭和多晶硅片”，申请号为“201610799857.3”的发明专利的优先权。

本发明涉及硅锭和多晶硅片的制备方法，更具体而言，涉及一种电阻率更均匀、少子寿命更高的硅锭和多晶硅片的制备方法，以及由所述方法制备的硅锭和多晶硅片。

背景技术

近年来随着不可再生能源的日益枯竭，太阳能电池得到了快速的发展。由于铸造多晶硅的制备工艺相对简单，成本远低于单晶硅，多晶硅逐步取代直拉单晶硅在太阳能电池材料市场的主导地位，成为行业内最主要的光伏材料。

在半导体中，电子和空穴作为载流子。数目较多的载流子称为多数载流子，在N型半导体中多数载流子是电子，而在P型半导体中多数载流子是空穴。数目较少的载流子称为少数载流子，简称少子，在N型半导体中少数载流子是空穴，而在P型半导体中少数载流子是电子。少数载流子的平均生存时间被称为少数载流子的寿命，简称少子寿命。少子寿命与太阳能电池的效率密切相关。

目前市场上的多晶硅片主要是P型多晶硅片，常规制备手段是在多晶硅中掺硼，但是由于硼在硅中的分凝系数，即，硼在固相硅中的溶解度/硼在液相硅中的溶解度是0.9，即，硼在固体硅中的溶解度小于在液体硅中的溶解度，因此随着定向凝固，硼会在硅锭头部富集，导致硅锭头部电阻率降低，由于头部电阻率低，少子寿命会有衰减，从而进一步影响太阳能电池的效率。

发明内容

因此，本申请的一个目的是提供一种多晶硅碇的制备方法，以稳定多晶硅碇的电阻率，提高少子寿命，增加太阳能电池的效率。

发明人通过长期的实验发现，通过在硅溶液中掺入磷，由于磷在硅中的分凝系数是0.35，在定向凝固铸锭时，磷元素会更多的集中分布在硅锭顶部，从而可以通过磷提供的电子来中和硅锭顶部的一部分由硼提供的空穴，从而使硅锭底部和顶部空穴浓度一致，使得多晶硅碇的电阻率分布更加均匀，降低多晶硅碇头部电阻率的衰减，增加多晶硅碇头部少子寿命。

为了防止头部磷浓度过大，装料过程中可以向硅料中添加分凝系数更低的金属镓。

因此，本发明提供了一种多晶硅锭的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将硅料、硼硅合金、磷硅合金和金属镓按照换算后的摩尔比计硅：硼：磷：镓＝1：(1.1×10^-5至1.3×10^-5)：(6.9×10^-6至8.3×10^-6)：(4.2×10^-7至5.0×10^-7)的比例混合；

步骤2：将混合后的物料放置在具有下隔热笼的多晶炉中，在1450-1550℃下加热10-30小时使物料融化；

步骤3：打开下隔热笼，在1400-1440℃下使混合物料定向凝固；