[发明专利]硼-镓共掺单晶制备设备及其制备方法

说明书

本公开涉及一种硼‑镓共掺单晶设备及其制备方法，所述设备包括单晶炉，二次加料装置，提拉装置和单独的加料小管，制备方法包括以下步骤：步骤S1：通过二次加料装置向单晶炉加入第一原料，所述第一原料包括以下组分：第一硅料80000‑120000重量份，掺硼合金80‑120重量份，纯镓0.5‑2重量份，熔化第一原料，熔化后的第一原料结晶得到第一单晶棒；从石英坩埚内取出第一单晶棒；步骤S2：通过二次加料装置向单晶炉加入第二原料，所述第二原料包括以下组分：第二硅料160000‑200000重量份，掺硼合金160‑200重量份，纯镓0.5‑2重量份，熔化第二原料，熔化后的第二原料结晶得到第二单晶棒。

技术领域

本发明属于单晶生产技术领域，具体涉及一种硼-镓共掺单晶制备设备及其制备方法。

背景技术

单晶硅太阳能电池在光电转换效率和成本方面优势明显。单晶硅通过掺加不同电价元素可以形成不同类型的半导体，即P型级和N型级半导体。太阳能级单晶硅为了提高在光照下电池片光电转换效率和减少光照电子衰减，引入了四价元素，太阳能级单晶硅通常掺杂元素主要B、Mg、Al、Zn、Ga等四价元素，但是都是一种掺杂剂掺入单晶硅，虽然形成了高电阻率高寿命，但是在晶体硅生产过程中受到石英埚高温释放的氧元素和其它杂质的影响。由于掺杂元素的分凝系数不同导致一种掺杂剂不能有效避免单晶性能不足和硅原子价电缺陷，影响了单晶的寿命和转换效率。而在此背景下制备一种弥补单晶性能和硅原子价电缺陷从而抑制单晶硅太阳能电池光电转换效率衰减问题已经成为光伏科技领域研究的重点和热点。

发明内容

为解决上述问题，本公开提供了一种硼-镓共掺单晶制备方法，包括以下步骤：

一种硼-镓共掺单晶制备设备，包括：

单晶炉，所述单晶炉包括主室和副室，所述主室上部为主室喉口，所述主室通过主室喉口与主室上方的副室相连通，主室喉口处设有隔离阀；主室为一个中空的腔体，腔体底部设有石英坩埚，石英坩埚的上方为一个自上而下直径渐渐缩小的导流装置；主室的侧壁设有进气口和排气口，所述排气口外接至抽空装置；

二次加料装置，所述二次加料装置包括加料筒、钼杆和石英锥，所述加料筒为具有上开口和下开口的中空的腔体，所述钼杆设于加料筒的内部，所述石英锥为向下逐渐增大的棱锥体，石英锥的顶部小于加料筒的内径且位于加料筒的内部，石英锥的底部大于加料筒的内径且位于加料筒的外部，石英锥设有自顶部到底部的贯穿孔，钼杆的下端穿过石英锥的贯穿孔以带动石英锥打开或者密封加料筒的下开口；

提拉装置，提拉装置设于副室的上方且通过重锤连接至二次加料装置使得二次加料装置在副室和主室的内部移动；

加料小管，所述加料小管用于向二次加料装置加料且独立于所述单晶炉、二次加料装置和提拉装置。

一种硼-镓共掺单晶制备方法，使用上述方案所述的设备制备单晶，包括以下步骤：

步骤S1：通过二次加料装置向单晶炉加入第一原料，所述第一原料包括以下组分：第一硅料80000-120000重量份，掺硼合金80-120重量份，纯镓0.5-2重量份，熔化第一原料，熔化后的第一原料结晶得到第一单晶棒；

从石英坩埚内取出第一单晶棒；

步骤S2：通过二次加料装置向单晶炉加入第二原料，所述第二原料包括以下组分：第二硅料160000-200000重量份，掺硼合金160-200重量份，纯镓0.5-2重量份，熔化第二原料，熔化后的第二原料结晶得到第二单晶棒。

在一些实施例中，所述第一硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例为1:4-1:2；所述第二硅料包括原生多晶硅和非原生多晶硅，所述原生多晶硅和非原生多晶硅的比例为1:2-3:4。

在一些实施例中，重复步骤S2以得到多份第二单晶棒。