CN106449873A - 一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其主要步骤如下：(1)清洗；(2)真空蒸镀铝层；(3)进炉；(4)第一步退火；(5)匀速降至低温；(6)第二步退火；(7)降温；(8)除去杂质层。经过大量的实验验证，本发明工艺能除去铸锭多晶硅片中大部分的金属杂质(如铁、镍、铜、钴等)，从而增加少子寿命提高太阳能电池的光电转换效率。通过仪器测定，经过本发明铝吸杂的多晶硅片的平均少子寿命在15.80μs左右，并且本发明的铝吸杂工艺较为稳定，有较高的工业化生产价值。
Description
技术领域
本发明涉及到铸锭多晶硅片的吸杂工艺，特别是一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法。
背景技术
太阳能作为新兴能源，已成为21世纪大力发展的产业。太阳能电池成本的很大一部分被生产电池的原材料——Si所消耗。太阳能电池所用的硅材料的纯度要在99.9999％(6N)以上，是冶金级硅(UMG Si)通过复杂的提纯方法得到的电子级硅(EG Si)，这是成本消耗的一个重要原因。
在多晶硅中存在着很多过渡族金属杂质和缺陷，如：铁、镍、铜和钴等。这些杂质通过在带隙中形成复合中心，严重降低少数载流子寿命。由于过渡金属和他们的析出物都有较高的载流子复合活性，这种污染的存在限制了太阳能电池的电学性能。因此，在制作电池之前我们要先对多晶硅进行吸杂处理。
根据大量的实验表明，外部的吸杂方式比较适用于太阳能电池。根据吸除的部位不同，吸杂可以为两种物理机制：弛豫吸杂和偏析吸杂。在弛豫吸杂过程中杂质浓度和吸杂区域是相同的，然而在退火降温的过程中，杂质迅速扩散到吸杂区域，在吸杂区域杂质容易沉淀形核并析出。例如，Fe的析出就依赖于弛豫吸杂。在偏析吸杂中，杂质已经扩散并且优先扩散到吸杂区域，因此在吸杂区域的杂质浓度高。
发明内容
铸锭多晶硅片由于含有大量的铁、镍、铜和钴等金属杂质，这些金属杂质会形成大量的复合中心，从而降低少子寿命，影响电池的电学性能。本发明主要目的在于针对上述问题，提供一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，以提高用于太阳能电池的多晶硅片的质量，采用本发明的铝吸杂工艺能有效地降低多晶硅片内部的金属杂质的含量，从而增加其少子寿命，进而提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，包括如下步骤：
(1)清洗：采用标准的RCA液清洗方式清洗铸锭多晶硅片以去除硅片表面的有机颗粒及金属杂质，具体为：利用一号液APM在80℃的水浴中超声10分钟，去除硅片表面的有机颗粒；利用二号液HPM在80℃的水浴中超声10分钟去除金属杂质；
(2)真空蒸镀铝层：把清洗过后的多晶硅片放入真空蒸镀设备中进行表面蒸铝。铝层的厚度为1.0～1.5μm；
(3)进炉：将镀铝的多晶硅片放入管式退火炉中，并匀速升温至800～830℃，整个过程在高纯氩气的保护中进行；
(4)第一步退火：当温度升到(3)所要求的温度后进行第一次退火，时间为60～80min；
(5)匀速降至低温：第一步退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至680～750℃；
(6)第二步退火：当温度降至(5)所要求的温度后进行第二次退火，退火时间为60～80min；
(7)降温：第二次退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至室温，然后取出硅片；
(8)除去杂质层：将上述处理后的铸锭多晶硅片浸入80℃的NaOH溶液中以除去铝硅玻璃杂质层，浸泡时间为15～20min。
上述技术方案中，优选的，步骤(2)中的真空蒸镀设备中的真空度要求不低于7.5×104Pa。
优选的，步骤(3)中的匀速升温速率最好控制在5～10℃/min。
优选的，步骤(5)、步骤(7)中的匀速降温速率最好控制在5～10℃/min。
优选的，步骤(8)中的NaOH溶液的质量浓度为10％～20％。
本发明的有益效果为：
根据外吸杂的原理，在硅片表面引入铝层薄膜，在吸杂的过程中，由于铝层薄膜的存在，对硅片内部的金属杂质会产生应力作用，这种应力作用会使金属杂质杂质原子移动到硅片表面，然后通过NaOH热碱溶液腐蚀掉吸杂层以达到去除杂质和缺陷的目的。在铝吸杂中，要想达到吸杂的效果，退火的温度就要在Al-Si共晶温度577℃以上。本发明的两步变温吸杂法——先在高温吸杂一段时间然后把温度降低，再在相对较低的温度下进行二次吸杂——通过调节退火时的温度以及吸杂的时间，最终达到最佳的吸杂效果。本发明的具体优点是：(1)通过本发明的铝吸杂工艺，多晶硅片的平均少子寿命达到了15.80μs左右，远高于现有常规吸杂方法处理后的效果；(2)本发明的铝吸杂工艺具有较高的稳定性，有较高的工业化生产价值；(3)与正常工艺生产的太阳能电池相比，通过使用本研究的铝吸杂工艺生产的太阳能电池的效率有所提高。
附图说明
图1本发明工艺流程示意图；
图2本发明铝吸杂工艺前后及现有技术处理多晶硅片的少子寿命对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，具体工艺流程如下：
(1)清洗：样品材料使用铸锭P型多晶硅片，采用标准的RCA液清洗方式清洗：利用一号液APM在80℃的水浴中超声10分钟，去除硅片表面的有机颗粒；利用二号液HPM在80℃的水浴中超声10分钟去除金属杂质；
(2)真空蒸镀铝层：把清洗过后的多晶硅片放入真空蒸镀设备中，对设备抽真空至7.5×104Pa，对多晶硅片表面蒸铝，铝层的厚度为1.3μm；
(3)进炉：将镀铝的多晶硅片和石英舟一起，放入管式退火炉中，冲入氩气气氛，整个过程中避免污染，并将管式退火炉的温度匀速升温至810℃，升温速率为5℃/min；
(4)第一步退火：当温度升到810℃后，保持退火时间为70min；
(5)匀速降至低温：第一步退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至720℃，降温速率为6℃/min；
(6)第二步退火：当温度降至720℃后，保持第二次退火时间为70min；
(7)降温：第二次退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至室温，降温速率为6℃/min，然后取出硅片；
(8)除去杂质层：用电子天平秤取15gNaOH配制溶液，配比质量浓度为15％，放入恒温箱中保持溶液温度为80℃，将退火的硅片放入溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为15min。之后取出多晶硅片，用RCA液进行清洗。
图1为本发明方法的大体流程，如图2所示，经本实施例的铝吸杂工艺后，多晶硅片的平均少子寿命由2.33μs大幅提高达到15.80μs左右，且远高于现有常规吸杂方法处理后的效果。
实施例2
一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，具体工艺流程如下：
(1)清洗：样品材料使用铸锭P型多晶硅片，采用标准的RCA液清洗方式清洗：利用一号液APM在80℃的水浴中超声10分钟，去除硅片表面的有机颗粒；利用二号液HPM在80℃的水浴中超声10分钟去除金属杂质；
(2)真空蒸镀铝层：把清洗过后的多晶硅片放入真空蒸镀设备中，对设备抽真空至7.5×104Pa，对多晶硅片表面蒸铝，铝层的厚度为1.5μm；
(3)进炉：将镀铝的多晶硅片和石英舟一起，放入管式退火炉中，冲入氩气气氛，整个过程中避免污染，并将管式退火炉的温度匀速升温至830℃，升温速率为10℃/min；
(4)第一步退火：当温度升到810℃后，保持退火时间为80min；
(5)匀速降至低温：第一步退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至750℃，降温速率为10℃/min；
(6)第二步退火：当温度降至750℃后，保持第二次退火时间为60min；
(7)降温：第二次退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至室温，降温速率为10℃/min，然后取出硅片；
(8)除去杂质层：用电子天平秤取20gNaOH配制溶液，配比质量浓度为20％，放入恒温箱中保持溶液温度为80℃，将退火的硅片放入溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为10min。之后取出多晶硅片，用RCA液进行清洗。
Claims (5)
1.一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其特征在于，包括如下工艺流程：
(1)清洗：采用标准的RCA液清洗方式清洗铸锭多晶硅片，去除硅片表面的有机颗粒及金属杂质；
(2)真空蒸镀铝层：把清洗过后的多晶硅片放入真空蒸镀设备中进行表面蒸铝，所述的铝层的厚度为1.0～1.5μm；
(3)进炉：将镀铝的多晶硅片放入管式退火炉中，并匀速升温至800～830℃，整个过程在高纯氩气的保护中进行；
(4)第一步退火：当温度升到(3)所要求的温度后进行第一次退火，时间为60～80min；
(5)匀速降至低温：第一步退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至680～750℃；
(6)第二步退火：当温度降至(5)所要求的温度后进行第二次退火，退火时间为60～80min；
(7)降温：第二次退火结束后，将管式退火炉的温度匀速降至室温，然后取出硅片；
(8)除去杂质层：将上述处理后的铸锭多晶硅片浸入80℃的NaOH溶液中以除去铝硅玻璃杂质层，浸泡时间为15～20min。
2.根据权利要求1所述的一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其特征在于：步骤(2)中的真空蒸镀设备中的真空度要求不低于7.5×104Pa。
3.根据权利要求1所述的一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其特征在于：步骤(3)中的匀速升温速率为5～10℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其特征在于：步骤(5)、步骤(7)中的匀速降温速率为5～10℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种铸锭多晶硅片铝吸杂的方法，其特征在于：步骤(8)中的NaOH的质量浓度为10％～20％。
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