CN108277530A - 一种n型太阳能硅单晶料的制备方法 - Google Patents

一种n型太阳能硅单晶料的制备方法 Download PDF

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    • C30B15/203—Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)

Abstract

本发明公开了一种N型太阳能硅单晶料的制备方法，包括如下步骤：加料、熔化、缩颈生长、放肩生长和收尾。本发明在N型太阳能硅单晶料制备过程中直接观察制备情况，为控制硅单晶料的外形提供了有利条件，利用控制提拉速度控制晶体的直径，能够精密控制生长条件，以较快的速度获得优质大单晶，并且采用了缩颈工艺，对降低晶体的位错密度，减少镶嵌结构，提高晶体的完整性有很大作用。

Description

一种N型太阳能硅单晶料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种N型太阳能硅单晶料的制备方法。
背景技术
在硅单晶中掺杂Ⅴ族元素，如磷或砷，磷和砷原子最外层电子数有五个，它比硅原子的外层电子数多一个电子，做为导体可增加硅的导电性能，这种掺杂的硅叫N型半导体。半导体材料的电学性能与掺杂景多少及掺杂源的纯度有直接的关系，一般在制造这些材料及掺杂过程中，都需要在超净环境下进行,否则不需要的杂质，也变成了掺杂源，污染了半导体材料，严重影响材料和器件的质量。
P型硅太阳能电池具有转换效率高，技术成熟等优点，占有世界太阳能电池产量的绝大部分。但在制造过程中，扩散制结工艺需要在温度约1000℃进行，工艺复杂，成品率低。而N型硅太阳能电池生产工艺可在200℃以下进行。符合低成本、高产量、高效率的要求。其次，相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片高。第三，N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种N型太阳能硅单晶料的制备方法以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种N型太阳能硅单晶料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，掺杂物为磷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，将长晶炉关闭并抽成真空后充入纯度为99.97％的高纯度氩气，然后打开石墨加热器电源，以14℃/min的速率加热至1200℃，将单晶硅原料熔化，熔化后保温，排除熔体中的气泡；
(3)缩颈生长：当熔体的温度稳定之后，将一根直径为12mm的籽晶慢慢浸入硅熔体中，将籽晶快速向上提升，晶棒以15rpm旋转，坩埚以－6rpm旋转，使长出的籽晶的直径为4mm-17mm，长为24-36mm；
(4)放肩生长：长完细颈之后，晶棒以10rpm旋转，坩埚以－5rpm旋转，降低熔体温度至700℃-720℃，逐步增大直径，使得晶体的直径渐渐增大到26mm；
(5)收尾：在晶体硅结束生长时，晶体硅的生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度到1400℃，使得晶体硅的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体硅离开液面，单晶硅生长完成。
有益效果：本发明在N型太阳能硅单晶料制备过程中直接观察制备情况，为控制硅单晶料的外形提供了有利条件，利用控制提拉速度控制晶体的直径，能够精密控制生长条件，以较快的速度获得优质大单晶。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述说明。
具体实施例1:
一种N型太阳能硅单晶料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，掺杂物为磷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，将长晶炉关闭并抽成真空后充入纯度为99.97％的高纯度氩气，然后打开石墨加热器电源，以14℃/min的速率加热至1200℃，将单晶硅原料熔化，熔化后保温，排除熔体中的气泡；
(3)缩颈生长：当熔体的温度稳定之后，将一根直径为12mm的籽晶慢慢浸入硅熔体中，将籽晶快速向上提升，晶棒以15rpm旋转，坩埚以－6rpm旋转，使长出的籽晶的直径为4mm，长为24mm；
(4)放肩生长：长完细颈之后，晶棒以10rpm旋转，坩埚以－5rpm旋转，降低熔体温度至700℃，逐步增大直径，使得晶体的直径渐渐增大到26mm；
(5)收尾：在晶体硅结束生长时，晶体硅的生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度到1400℃，使得晶体硅的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体硅离开液面，单晶硅生长完成。
具体实施例2:
一种N型太阳能硅单晶料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，掺杂物为磷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，将长晶炉关闭并抽成真空后充入纯度为99.97％的高纯度氩气，然后打开石墨加热器电源，以14℃/min的速率加热至1200℃，将单晶硅原料熔化，熔化后保温，排除熔体中的气泡；
(3)缩颈生长：当熔体的温度稳定之后，将一根直径为12mm的籽晶慢慢浸入硅熔体中，将籽晶快速向上提升，晶棒以15rpm旋转，坩埚以－6rpm旋转，使长出的籽晶的直径17mm，长为36mm；
(4)放肩生长：长完细颈之后，晶棒以10rpm旋转，坩埚以－5rpm旋转，降低熔体温度至720℃，逐步增大直径，使得晶体的直径渐渐增大到26mm；
(5)收尾：在晶体硅结束生长时，晶体硅的生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度到1400℃，使得晶体硅的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体硅离开液面，单晶硅生长完成。
上述所提的实施例，仅是说明本发明的技术特点和优选方式。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种N型太阳能硅单晶料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)加料：将单晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，掺杂物为磷；
(2)熔化：加完单晶硅原料于石英埚内后，将长晶炉关闭并抽成真空后充入纯度为99.97％的高纯度氩气，然后打开石墨加热器电源，以14℃/min的速率加热至1200℃，将单晶硅原料熔化，熔化后保温，排除熔体中的气泡；
(3)缩颈生长：当熔体的温度稳定之后，将一根直径为12mm的籽晶慢慢浸入硅熔体中，将籽晶快速向上提升，晶棒以15rpm旋转，坩埚以－6rpm旋转，使长出的籽晶的直径为4mm-17mm，长为24-36mm；
(4)放肩生长：长完细颈之后，晶棒以10rpm旋转，坩埚以－5rpm旋转，降低熔体温度至700℃-720℃，逐步增大直径，使得晶体的直径渐渐增大到26mm；
(5)收尾：在晶体硅结束生长时，晶体硅的生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度到1400℃，使得晶体硅的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体硅离开液面，单晶硅生长完成。
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