CN105316762A - 一种低衰减、高效率的n型类单晶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其制备方法为，在铸锭用的硅料中加入磷粉进行长晶后切片制得N型类单晶，利用此方法制作的N型类单晶，真正的做到了无衰减，提高晶锭和硅片的少子寿命，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法

技术领域

本发明属于多晶硅铸造、光伏新能源技术领域，具体涉及一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法。

背景技术

目前现有铸造类单晶所使用的掺杂元素为硼元素，硅片的导电类型为P型，这种硅片由于使用硼元素，在氧杂质的影响下，形成硼氧复合体，对少数载流子是个不利的影响因素；P型准单晶硅片在制作电池片中由于硼氧复合体的缘故，受光下会产生少子寿命衰减，导致电池的转换效率降低。

现有的P型单晶、P型类单晶、N型单晶存在以下不足：

（1）基于直拉法P型单晶硅生产的电池片，由于掺杂元素是硼元素，有硼氧复合的影响，光衰减率为2%以上，而基于类单晶铸锭所生产的P型电池硅片衰减率降低至0.5%；

（2）在N型技术下，N型直拉单晶硅由于没有使用硼元素，实现无衰减，但是受到热场尺寸的影响，生产成本高；

（3）基于现有铸造发生产的P型类单晶，坩埚尺寸小于1045毫米，晶锭边缘会形成部分多晶斜向晶，边缘晶砖有8-12毫米的低少子区域，这些区域将影响硅片的转换效率和电池的外观；

（4）通过直拉单晶生产的单晶棒为圆柱形，制作太阳能电池的片需要将四周切掉，所有硅片利用率仅有50%左右，而类单晶铸锭法生产的方形单晶硅片为方形，四周不需要去角。所有硅料的利用率可以提升至65%以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，利用此方法制作的N型类单晶，真正的做到了无衰减，提高晶锭和硅片的少子寿命，提高了生产效率，降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其制备方法为，在铸锭用的硅料中加入磷粉进行长晶后，切片制得N型类单晶。

上述一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其具体制备方法如下：

（1）在铸锭用的硅料中，根据目标电阻率计算相应需要的磷粉的克数，在硅料装填到增大坩埚2/3高度时，均匀分散的放置磷粉；

（2）将800—1000kg的硅料装料至增大坩埚中；坩埚底部铺上100晶向的单晶籽晶；

（3）正常进行加热、熔化，并用高纯石英棒测量增大坩埚底部籽晶的高度，当增大坩埚底部温度为1360-1420℃，底部籽晶高度在5-10毫米时，结束熔化过程，快速降温进入长晶阶段；

（4）进如长晶阶段后，打开隔热笼，使增大坩埚底部形成温度场，开始形核，随着温度的不断下降，晶粒开始沿着底部为熔化的籽晶向上生长，直至长晶结束得晶锭，经2-3小时低温退火，10-12小时冷却后出炉，待晶锭表面温度降至50℃后经开方机进行切方，刻切成36个小金砖，在根据棒长的搭配上切片进行切薄片，一个晶锭即可得到18000-36000片N型类单晶片。

上述一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其中，所述增大坩埚的尺寸为长度为1060mm、宽度为1060mm、高度为480-600mm，所述增大坩埚内部的四个侧壁均涂覆一层高纯石英砂涂层，有效阻止了坩埚内部杂质向晶锭中的扩散，同时由于尺寸上的增大，晶锭边缘实现了无红区。

上述一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其中，所述硅料为原生硅料，回收硅料，提纯硅料中一种或几种的组合。

上述一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其中，所述100晶向的单晶籽晶为单晶晶棒按照100晶向进行切割，得到的长方形或者是正方形的块状籽晶，籽晶厚度在10-20毫米，籽晶表面打磨光滑平整。

本发明的有益效果为：

1）将掺杂元素由硼元素，改为磷元素，在铸锭过程中磷不会与氧杂质形成符合体，主要是掺磷硅片的导电类型是N型，N型硅片中少子载流子为空穴，不会形成少子影响少子寿命的复合中心；

2）采用特制的增大坩埚，消除坩埚边缘引起的多晶斜向晶和低少子区域，真正做到全单晶，整锭单晶覆盖率达90%以上。

附图说明

图1为铸造法P型多晶硅片图。

图2为本发明制得的N型类单晶硅片图。

图3为普通坩埚铸造类单晶的少子拼图。

图4为增大坩埚铸造类单晶的少子拼图。

具体实施方式

一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其具体制备方法如下：

（1）在铸锭用的原生硅料中，根据目标电阻率计算相应需要的磷粉的克数，在硅料装填到增大坩埚2/3高度时，均匀分散的放置磷粉；

（2）将900kg的硅料装料至增大坩埚中；坩埚底部铺上100晶向的单晶籽晶；所述100晶向的单晶籽晶为单晶晶棒按照100晶向进行切割，得到的长方形或者是正方形的块状籽晶，籽晶厚度在10-20毫米，籽晶表面打磨光滑平整；所述增大坩埚的尺寸为长度为1060mm、宽度为1060mm、高度为480-600mm，所述增大坩埚内部的四个侧壁均涂覆一层高纯石英砂涂层，有效阻止了坩埚内部杂质向晶锭中的扩散，同时由于尺寸上的增大，晶锭边缘实现了无红区；

（3）正常进行加热、熔化，并用高纯石英棒测量增大坩埚底部籽晶的高度，当增大坩埚底部温度为1360-1420℃，底部籽晶高度在5-10毫米时，结束熔化过程，快速降温进入长晶阶段；

（4）进如长晶阶段后，打开隔热笼，使增大坩埚底部形成温度场，开始形核，随着温度的不断下降，晶粒开始沿着底部为熔化的籽晶向上生长，直至长晶结束得晶锭，经2-3小时低温退火，10-12小时冷却后出炉，待晶锭表面温度降至50℃后经开方机进行切方，刻切成36个小金砖，在根据棒长的搭配上切片进行切薄片，一个晶锭即可得到36000片N型类单晶片。

目标电阻率计算公式为：

ρ为电阻率、N为磷粉浓度。

将本发明制得的N型类单晶硅片与其他类型的晶片或硅片进行电池实验，实验结果如下：

类型	良率	转换效率
			P型单晶硅片	55%	19%
P型多晶硅片	65%	18.5%
			P型类单晶片	65%	18.9%
N型单晶硅片	55%	19.8%
			N型类单晶片	65%	19.5%

使用本发明的方法制备N型类单晶片与制造N型单晶硅片原料的用量和出片数量对比如下：

类型	原料用量	出片数量
			N型单晶硅片	200公斤	8000片
N型类单晶片	900公斤	36000片

由附图1和附图2对比可以看出：由于直拉法单晶为圆形边角的倒角大，而铸造发的单晶边角倒角小，利用率高于直拉法的单晶。

由附图3和附图4对比可以看出，普通坩埚铸造类单晶的边缘红区宽度为8-12mm，增大坩埚铸造类单晶的边缘无红区。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中，因此，本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。

Claims (5)

1.一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其特征为，其制备方法为：在铸锭用的硅料中加入磷粉进行长晶后，切片制得N型类单晶。

2.一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其特征为，其具体制备方法如下：

（1）在铸锭用的硅料中，根据目标电阻率计算相应需要的磷粉的克数，在硅料装填到增大坩埚2/3高度时，均匀分散的放置磷粉；

（2）将800—1000kg的硅料装料至增大坩埚中；坩埚底部铺上100晶向的单晶籽晶；

（3）正常进行加热、熔化，并用高纯石英棒测量增大坩埚底部籽晶的高度，当增大坩埚底部温度为1360-1420℃，底部籽晶高度在5-10毫米时，结束熔化过程，快速降温进入长晶阶段；

（4）进如长晶阶段后，打开隔热笼，使增大坩埚底部形成温度场，开始形核，随着温度的不断下降，晶粒开始沿着底部为熔化的籽晶向上生长，直至长晶结束得晶锭，经2-3小时低温退火，10-12小时冷却后出炉，待晶锭表面温度降至50℃后经开方机进行切方，刻切成36个小金砖，在根据棒长的搭配上切片进行切薄片，一个晶锭即可得到18000-36000片N型类单晶片。

3.如权利要求2所述的一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其特征为，所述增大坩埚的尺寸为长度为1060mm、宽度为1060mm、高度为480-600mm，所述增大坩埚内部的四个侧壁均涂覆一层高纯石英砂涂层，有效阻止了坩埚内部杂质向晶锭中的扩散，同时由于尺寸上的增大，晶锭边缘实现了无红区。

4.如权利要求2所述的一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其特征为，所述硅料为原生硅料，回收硅料，提纯硅料中一种或几种的组合。

5.如权利要求2所述的一种低衰减、高效率的N型类单晶的制备方法，其特征为，所述100晶向的单晶籽晶为单晶晶棒按照100晶向进行切割，得到的长方形或者是正方形的块状籽晶，籽晶厚度在10-20毫米，籽晶表面打磨光滑平整。