CN107268071A - 一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，包括加料，熔化，缩颈生长，放肩生长，等径生长，尾部生长步骤。本发明将单晶硅原料送入长晶炉前进行低温加热处理，释放单晶硅原料内部应力，减少长晶时产生的位错，改善结晶质量；熔化时先将温度升至800～900℃，将长晶炉抽成真空，再将氩气充入长晶炉一方面进一步释放单晶硅原料的内部应力，另一方面通过升温将单晶硅原料内的气泡、氧杂质去除并随氩气一起排出长晶炉，保证单晶硅原料的纯度；本发明制得的单晶硅内部缺陷少，结晶质量高，作为太阳能板电池板使用具有较高的光电转换效率，同时使用寿命长。

Description

一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，具体涉及一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺。
背景技术
单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。
从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。
与多晶硅相比，单晶硅在制备上工艺相对复杂，晶体内部容易产生各种位错、缺陷并混有各种杂质，长晶时结晶质量较差，进而影响到作为太阳能电池板使用时的光电转化效率，同时现有工艺制得的单晶硅使用寿命短。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种杂质缺陷少、结晶质量高的太阳能电池板用单晶硅制备工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，包括以下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料经低温加热处理后，用去离子水清洗，然后烘干并与杂质混合放入石英坩埚内；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，关闭长晶炉并抽成真空后充入高纯氩气进行保压，然后打开石墨加热器电源，加热至800～900℃，将长晶炉抽成真空，再次将氩气充入长晶炉，加热至熔化温度以上，将单晶硅原料熔化，得单晶硅熔体；
(3)缩颈生长：当单晶硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入单晶硅熔体中，缩颈生长时将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小；
(4)放肩生长：缩颈生长完成后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；
(5)等径生长：放肩生长结束，借着拉速与温度的不断调整，使晶棒直径维持在一固定值生长；
(6)尾部生长：等径生长结束，将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与单晶硅熔体液面分开，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出。
所述步骤(1)中低温加热处理时控制温度在400～500℃。
所述步骤(1)中杂质的种类依电阻的N或P型而定，可以为硼、磷、锑或砷。
所述步骤(2)中融化温度至少在1450℃以上。
所述步骤(3)中籽晶的直径缩小至3～5mm。
所述步骤(5)中等径生长时晶棒直径在固定值正负2mm之间波动。
本发明的有益效果为：将单晶硅原料送入长晶炉前进行低温加热处理，释放单晶硅原料内部应力，减少长晶时产生的位错，改善结晶质量；用去离子水进行清洗去除单晶硅原料表面附着的各种离子，避免杂质混入晶棒内；熔化时先将温度升至800～900℃，将长晶炉抽成真空，再将氩气充入长晶炉一方面进一步释放单晶硅原料的内部应力，另一方面通过升温将单晶硅原料内的气泡、氧杂质去除并随氩气一起排出长晶炉，保证单晶硅原料的纯度；本发明制得的单晶硅内部缺陷少，结晶质量高，作为太阳能板电池板使用具有较高的光电转换效率，同时使用寿命长。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，包括以下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料经400℃低温加热处理后，用去离子水清洗，然后烘干并与杂质混合放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，可以为硼、磷、锑或砷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，关闭长晶炉并抽成真空后充入高纯氩气进行保压，然后打开石墨加热器电源，加热至800℃，将长晶炉抽成真空，再次将氩气充入长晶炉，加热至熔化温度1450℃以上，将单晶硅原料熔化，得单晶硅熔体；
(3)缩颈生长：当单晶硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入单晶硅熔体中，由于籽晶与单晶硅熔体接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉，缩颈生长时将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小至3mm，由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体；
(4)放肩生长：缩颈生长完成后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；
(5)等径生长：放肩生长结束，借着拉速与温度的不断调整，使晶棒直径维持在一固定值生长，等径生长时晶棒直径在固定值正负2mm之间波动，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分；
(6)尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线，于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。
实施例2
一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，包括以下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料经450℃低温加热处理后，用去离子水清洗，然后烘干并与杂质混合放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，可以为硼、磷、锑或砷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，关闭长晶炉并抽成真空后充入高纯氩气进行保压，然后打开石墨加热器电源，加热至850℃，将长晶炉抽成真空，再次将氩气充入长晶炉，加热至熔化温度1450℃以上，将单晶硅原料熔化，得单晶硅熔体；
(3)缩颈生长：当单晶硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入单晶硅熔体中，由于籽晶与单晶硅熔体接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉，缩颈生长时将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小至4mm，由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体；
(4)放肩生长：缩颈生长完成后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；
(5)等径生长：放肩生长结束，借着拉速与温度的不断调整，使晶棒直径维持在一固定值生长，等径生长时晶棒直径在固定值正负2mm之间波动，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分；
(6)尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线，于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。
实施例3
一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，包括以下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料经500℃低温加热处理后，用去离子水清洗，然后烘干并与杂质混合放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，可以为硼、磷、锑或砷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，关闭长晶炉并抽成真空后充入高纯氩气进行保压，然后打开石墨加热器电源，加热至900℃，将长晶炉抽成真空，再次将氩气充入长晶炉，加热至熔化温度1450℃以上，将单晶硅原料熔化，得单晶硅熔体；
(3)缩颈生长：当单晶硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入单晶硅熔体中，由于籽晶与单晶硅熔体接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉，缩颈生长时将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小至5mm，由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体；
(4)放肩生长：缩颈生长完成后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；
(5)等径生长：放肩生长结束，借着拉速与温度的不断调整，使晶棒直径维持在一固定值生长，等径生长时晶棒直径在固定值正负2mm之间波动，这段直径固定的部分即称为等径部分，单晶硅片取自于等径部分；
(6)尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线，于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开，这一过程称之为尾部生长，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料经低温加热处理后，用去离子水清洗，然后烘干并与杂质混合放入石英坩埚内；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，关闭长晶炉并抽成真空后充入高纯氩气进行保压，然后打开石墨加热器电源，加热至800～900℃，将长晶炉抽成真空，再次将氩气充入长晶炉，加热至熔化温度以上，将单晶硅原料熔化，得单晶硅熔体；
(3)缩颈生长：当单晶硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入单晶硅熔体中，缩颈生长时将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小；
(4)放肩生长：缩颈生长完成后，降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小；
(5)等径生长：放肩生长结束，借着拉速与温度的不断调整，使晶棒直径维持在一固定值生长；
(6)尾部生长：等径生长结束，将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与单晶硅熔体液面分开，长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中低温加热处理时控制温度在400～500℃。
3.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中杂质的种类依电阻的N或P型而定。
4.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中杂质为硼、磷、锑或砷。
5.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中融化温度至少在1450℃以上。
6.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中籽晶的直径缩小至3～5mm。
7.如权利要求1所述的一种太阳能电池板用单晶硅制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中等径生长时晶棒直径在固定值正负2mm之间波动。
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