[发明专利]一种制备太阳能级N型单晶硅的方法

说明书

本发明公开了一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，（1）将硅原料加入置于单晶炉的石英坩埚中，并在硅原料中间部位放入N型母合金和镓；（2）单晶炉合上，抽真空检漏、加热融化，复投器复投硅原料，加热融化；（3）降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩，等径，收尾，得第一跟单晶棒，拉至单晶炉副腔室冷却，单晶炉剩余熔液保温；（4）单晶棒冷却后取出称重；（5）复投器装入复投料，并在硅原料的中间部位放入N型母合金和镓；（6）加热融化、降温稳定、找功率、籽晶融结、引晶、放肩、转肩、等径，收尾，冷却得第二根单晶棒；初始投料量中加入适量镓，更好的中和磷，有效提高N型单晶硅电阻率的集中度，从而提高太阳能的电阻合格率。

技术领域

本发明涉及一种单晶硅的制备方法，具体涉及一种制备太阳能级N型单晶硅的方法，属于单晶硅领域，用于N型单晶硅的电阻控制。

背景技术

单晶硅太阳能电池具有效率高，稳定性好的特点，产业化p型单晶硅太阳能电池的效率一般在20～21％之间，随着太阳能电池效率要求的不断提高，电池技术的不断发展，对单晶硅片提出更高的要求，N型单晶硅太阳能电池的效率可达到22%-23%，而且未来的高效电池工艺必须使用N型单晶，例如HII就需要使用N型单晶硅，同时常用的掺硼P型单晶硅有效率衰减问题，n型单晶硅将成为未来市场的主流；

太阳能级单晶的电阻率要求在1-3Ωcm或附近，不同于功率器件的50—100Ωcm的电阻率范围；P型和N型单晶硅的不同之处在于掺杂剂的不同，P型单晶硅常用硼和镓做为掺杂剂，硼的分凝系统0.8左右，太阳能级单晶棒头尾的电阻率差异比较小，在0.9欧姆厘米左右，但硼存在光致衰减问题，而掺镓的P型单晶，由于镓的分凝系统只有0.008，太阳能级单晶棒的头尾电阻率区间为2.5欧姆厘米左右，N型单晶常用的是磷作为掺杂剂，磷的分凝系数0.35，且N型电阻率对晶体中的浓度差更加敏感，掺磷N型太阳能级单晶棒的头尾电阻率差异为2.1-2.3欧姆厘米，而电池片工艺对单晶硅基体的电阻率区间要求较高，越窄的电阻率区间对应越高电池转换效率；因此，如何减少太阳能级N型单晶棒的电阻率区间是必须要解决的问题。

专利号为CN104746134A的专利中提出初始加入磷和硼，通过硼和磷的相反作用削弱磷基N型电阻率的区间，这个方法虽有一定效果，但硼的分凝系数远大于磷，随着晶体生长，熔液中的硼的增加不如磷的增加速度，因此硼不能有效地提高后期的磷产生的低电阻，从而有效地降低电阻率区间；

专利号为CN105951173A的专利中提出在基磷的N型单晶硅生长过程熔液中，逐步加入基硼的P型，针对性地提高后期熔液中的硼的含量，从而中和熔液中越来越多的磷，逐步加入硼的母合金，采用的是插入一个小棒，通过控制插入熔液量来控制掺杂的量，但同时也存在一个控制问题，且对硅熔液的流动及温度场都有扰动，影响单晶的成品率；此专利也是针对功率器件；

专利号为CN106795647A的专利中提出在基磷的初始单晶硅生长系统听熔液中，后期逐步加入硼的母合金，但这样同样对熔液有扰动，影响单晶的正常生长，而且后期加入的硼需要一定时间均匀化，这对电阻率控制不利；

专利号为CN105887194A的专利用于功率器件，提出在基磷的初始单晶硅生长系统听熔液中，后期逐步加入镓的母合金，但这样同样对熔液有扰动，影响单晶的正常生长，而且后期加入的镓需要一定时间均匀化，这对电阻率控制不利；

以上实践都是试图通过P型母合金，比如硼和镓，来反掺“中和”N型的磷，使N型的电阻率区间缩小，但存在以下问题：对于太阳能级电阻率范围，在初始时加入硼的母合金，不能有效地解决电阻率区间问题，而在过程中熔液加入硼的母合金，会扰动熔液，甚至未及时熔化的固体母合金漂向固液界面从而使单晶生长失败；对于功率器件，虽然有专利提到用镓在过程中掺杂，且认为初始加入镓不利于精确控制，但功率器件的电阻率范围过大50—100Ωcm，远大于太阳能的1-3Ωcm，功率器件的属于轻掺，掺杂量非常少，控制精度对结果影响较大；