[发明专利]掺镓硅锭的制备方法、掺镓硅锭和硅片

说明书

本发明公开了一种掺镓硅锭的制备方法、掺镓硅锭和硅片，该制备方法包括以下步骤：将液态金属镓注入到硅料的孔洞中，使液态金属镓固化和/或密封孔洞，所得装有金属镓的硅料与剩余硅料装入石英坩埚中，经过熔化、再结晶和退火冷却，得到掺镓硅锭。掺镓硅锭由上述制备方法制得。硅片由上述掺镓硅锭制得。本发明制备方法能够实现掺镓过程以及掺镓含量的有效、精确控制，具有操作方便、易于控制、掺镓量精确度高等优点，由此制得的掺镓硅锭具有纵向电阻率分布均匀性好、少子寿命长等优点，且进一步制成的太阳电池光电转换效率更高，光致衰减率更低，对于实现太阳电池的广泛应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于太阳能电池用晶体硅材料和半导体硅材料制备领域，涉及一种掺镓硅锭的制备方法、掺镓硅锭和硅片。

背景技术

在晶体硅材料制造领域，无论是单晶硅材料还是多晶硅材料，掺硼P型晶体硅太阳能电池在使用的时候会出现光致衰减问题(Light-induced degradation：LID)。随着晶体硅电池技术的不断发展，对其衬底材料的要求越来越高，追求更高效率和更低光衰的太阳能电池是行业永恒的追求目标。掺镓技术已经证明可以明显降低晶体硅电池的光致衰减，也得到越来越多的应用。然而，由于镓的熔点为29.8℃左右，其熔点较低，在掺镓晶体硅制备过程中会出现以下问题：(1)在配料时，金属镓呈现大块固态形状，其重量不易测量，并且测量准确度不高，从而影响到晶体硅的电阻率值。(2)在晶体硅制备的熔化过程中，包含了低温的真空过程和高温的低压气流循环过程，液态镓较容易挥发，导致实际进入生长阶段的镓含量较少，制备的晶体硅材料电阻率出现较大波动。

公开号为CN 108531983 A的中国专利文献公开了一种掺镓多晶硅锭的制备方法及掺镓多晶硅锭，制备方法包括：将镓硅掺杂剂块铺设在第一坩埚底部，镓硅掺杂剂块包括镓元素和硅元素；在铺设镓硅掺杂剂块后的第一坩埚内放入多晶硅原料，并将第一坩埚放置于铸锭炉中，将铸锭炉抽真空；升高铸锭炉内的温度，使多晶硅原料全部熔化，镓硅掺杂剂块部分熔化；对全部熔化后的多晶硅原料和部分熔化后的镓硅掺杂剂块进行结晶处理，生长成多晶硅锭。虽然该方法中公开了采用镓硅掺杂剂块制备掺镓多晶硅锭，其使用氧化镓和硅反应生成硅镓合金，不具有化学反应的理论可行性，还引入了高溶度的氧，不能用于制备晶体硅的掺杂合金；该专利技术中，在晶体硅制备过程中，需要镓硅掺杂剂块部分熔化，对其熔化量也不易控制，造成进入硅溶体中的镓含量具有极大的不确定性，影响了制备出的晶体硅材料的质量。

公开号为CN 108315819 A的中国专利文献公开了一种多晶掺镓硅片及其制备方法和太阳电池，通过掺杂镓制得的多晶掺镓硅片具有相对较低的光衰比例，但是该专利中多晶掺镓硅片的光衰率波动仍然较大，如光衰比例最低值为0.5％，而最高值为1.7％；另外，该专利技术中并未对掺镓的过程进行优化，这会导致镓元素的溶度不确定性。

显然，如何有效控制掺镓过程以及如何精确控制硅锭中的镓含量是制备电阻率分布均匀性好、少子寿命长的硅锭以及制备更好光电转换效率太阳电池的关键所在，也是本领域技术人员亟需解决且尚未解决的技术问题。因此，获得一种操作方便、易于控制、掺镓量精确度高的掺镓硅锭的制备方法，对于制备纵向电阻率分布均匀性好和少子寿命长的掺镓硅锭、提高太阳电池的光电转换效率及扩大太阳电池的应用范围具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、易于控制、掺镓量精确度高的掺镓硅锭的制备方法及由此制得掺镓硅锭和硅片，该制备方法制得的掺镓硅锭具有纵向电阻率分布均匀性好、少子寿命长等优点，由此制备的太阳电池光电转换效率更高，光致衰减率更低，对于实现太阳电池的广泛应用具有十分重要的意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种掺镓硅锭的制备方法，包括以下步骤：

S1、将液态金属镓注入到硅料的孔洞中，使液态金属镓固化和/或密封孔洞，得到装有金属镓的硅料；