[发明专利]一种单晶硅制备方法及装置

说明书

本申请涉及光伏领域，提供一种单晶硅制备方法及装置，其中，方法包括以下步骤：将掺杂剂、多晶硅原料以及重掺杂硅原料放入坩埚中，重掺杂硅原料平铺设于坩埚底部，掺杂剂与多晶硅原料混合并铺设于重掺杂硅原料上；将坩埚置于单晶炉内，对单晶炉进行抽真空操作后通入保护气体，并在保护气体作用下熔化多晶硅原料及掺杂剂，得到硅熔体，控制重掺杂硅原料不熔化；当硅熔体温度稳定后，将晶种浸入硅熔体中，之后依次进行引晶，放肩，等径生长阶段，其中，在等径生长过程中，由上往下熔化至少部分重掺杂硅原料，使得重掺杂硅原料中的掺杂元素进入硅熔体中以实现再次掺杂。本申请的单晶硅制备方法及装置，降低单晶硅含氧量，提高硅棒电阻率集中度。

技术领域

本申请涉及光伏电池技术领域，具体地讲，涉及一种单晶硅制备方法及装置。

背景技术

目前，在直拉法制备单晶硅过程中，通常在加料环节就已经将具有掺杂剂的母合金、硅原料放入坩埚内，再融化提拉。由于母合金与硅原料的分凝系数不同，在固化过程中从溶体进入到固体中掺杂剂的量不同，最终电阻率不同，制备的硅棒电阻率分布不够集中。另外还可以通过连续直拉法制备单晶硅，主要是通过在炉体内放置双层坩埚，其中内层坩埚拉晶，外层坩埚用于接收外部硅料和母合金。拉制过程中，外坩埚的掺杂元素通过内外层坩埚底部通道进入内坩埚中，影响晶棒拉制整体的电阻率分布。虽然该方法制得的单晶硅硅棒电阻率分布集中，但是双层坩埚容易给硅溶体带来杂质污染，导致制成的单晶硅的少子寿命较低。

发明内容

鉴于此，本申请提出一种单晶硅制备方法及装置，能够降低单晶硅含氧量，提高硅棒电阻率集中度。

第一方面，本申请实施例提供一种单晶硅制备方法，包括以下步骤：

将掺杂剂、多晶硅原料以及重掺杂硅原料放入坩埚中，其中，所述重掺杂硅原料平铺设于所述坩埚的底部，所述掺杂剂与所述多晶硅原料混合并铺设于所述重掺杂硅原料上；

将所述坩埚置于单晶炉内，对所述单晶炉进行抽真空操作后通入保护气体，并在保护气体作用下熔化所述多晶硅原料及所述掺杂剂，得到硅熔体，其中，在熔料过程中，所述掺杂剂进入所述硅熔体中以实现初步掺杂，且控制所述坩埚底部的所述重掺杂硅原料不熔化；

当所述硅熔体温度稳定后，将晶种浸入所述硅熔体中，之后依次进行引晶，放肩，等径生长阶段，其中，在等径生长过程中，由上往下熔化至少部分所述重掺杂硅原料，使得所述重掺杂硅原料中的掺杂元素进入所述硅熔体中以实现再次掺杂；

等径生长完成后，进行收尾阶段，使得晶体的直径逐步缩小直至与所述硅熔体分离，待所述晶体冷却至室温后取出以获得单晶硅。

在一种可行的实施方式中，在熔料过程中，控制所述坩埚的侧部加热器位于所述坩埚底部的所述重掺杂硅原料的上方，且所述侧部加热器的辐射范围覆盖至少部分所述多晶硅原料及所述掺杂剂。

在一种可行的实施方式中，在等径生长过程中，控制所述坩埚的侧部加热器的辐射范围覆盖至少部分所述重掺杂原料，利用所述坩埚的底部加热器与所述侧部加热器由上往下熔化至少部分所述重掺杂硅原料。

在一种可行的实施方式中，所述多晶硅原料与所述重掺杂硅原料的重量比为1：（0.9~1.2）。

在一种可行的实施方式中，所述在等径生长过程中，由上往下熔化至少部分所述重掺杂硅原料，具体包括：

控制硅熔体结晶速率等于所述重掺杂硅原料的熔化速率，使得所述硅熔体液面保持不变。

在一种可行的实施方式中，所述重掺杂硅原料中的掺杂元素的浓度为2×10¹⁸~7×10¹⁸ atoms/cm³。

在一种可行的实施方式中，所述多晶硅原料与所述重掺杂硅原料的重量比为50：（2.5~3.5）。