CN109576787A - 采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及方法 - Google Patents
采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法，采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过定向凝固法制备多晶硅锭以去除金属杂质，进而能够有效去除多晶硅锭和多晶硅棒中的金属杂质；以及，通过掺杂第一类元素和第二类元素，能够实现多晶硅锭和多晶硅棒中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭或多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更为具体的说，涉及一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法。
背景技术
随着光伏市场的日趋成熟，竞争日趋激烈，行业发展体量的急剧扩张，在现有技术不能快速突破的前提下，通过降低原材料的成本来降低光伏生产成本不失为一个行之有效的方法，如降低多晶硅料的成本。现太阳能行业所使用的硅料多为化学方法，西门子法提纯的硅料，其所提纯的硅料纯度可达6N-7N，但是化学提纯硅料成本较大，制约着太阳能电池片的价格。而物理法提纯的硅料虽然成本较低，但其纯度只能达到4N-5N，硅料的杂质较多且杂质主要为Al，Fe，Ti，Ca，B，P等，故而采用现有的铸锭、拉晶工艺和物理法提纯硅料制备出的硅锭，其中的金属杂质和非金属(B、P等)杂质会导致使用该硅锭制作出的硅片的性能偏低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法，能够有效去除多晶硅锭和多晶硅棒中的金属杂质，且实现多晶硅锭和多晶硅棒中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭或多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法，包括：
提供物理法提纯的硅料；
采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。
可选的，掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。
可选的，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
可选的，所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
相应的，本发明还提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭采用上述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法制备而成。
相应的，本发明还提供了一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，包括：
提供物理法提纯的硅料；
采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低；
去除所述多晶硅锭在生长方向上的底部和顶部各自相应预设厚度；
对所述多晶硅锭进行切割为多个多晶硅棒。
可选的，掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。
可选的，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
可选的，所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
相应的，本发明还提供了一种多晶硅棒，所述多晶硅棒采用上述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法制备而成。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法，采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过定向凝固法制备多晶硅锭以去除金属杂质，进而能够有效去除多晶硅锭和多晶硅棒中的金属杂质；以及，通过掺杂第一类元素和第二类元素，能够实现多晶硅锭和多晶硅棒中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭或多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，随着光伏市场的日趋成熟，竞争日趋激烈，行业发展体量的急剧扩张，在现有技术不能快速突破的前提下，通过降低原材料的成本来降低光伏生产成本不失为一个行之有效的方法，如降低多晶硅料的成本。现太阳能行业所使用的硅料多为化学方法，西门子法提纯的硅料，其所提纯的硅料纯度可达6N-7N，但是化学提纯硅料成本较大，制约着太阳能电池片的价格。而物理法提纯的硅料虽然成本较低，但其纯度只能达到4N-5N，硅料的杂质较多且杂质主要为Al，Fe，Ti，Ca，B，P等，故而采用现有的铸锭、拉晶工艺和物理法提纯硅料制备出的硅锭，其中的金属杂质和非金属(B、P等)杂质会导致使用该硅锭制作出的硅片的性能偏低。
基于此，本申请实施例提供了一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法，能够有效去除多晶硅锭和多晶硅棒中的金属杂质，且实现多晶硅锭和多晶硅棒中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭或多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1和图2对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法的流程图，其中，多晶硅锭的制备方法包括：
S11、提供物理法提纯的硅料；
S12、采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。
可以理解的，本申请实施例提供的硅料为物理法提纯的硅料，故而其包括有金属杂质和非金属杂质，其中，本申请实施例采用定向凝固法将该物理提纯的硅料制备为多晶硅锭，进而能够去除金属杂质。具体的，由于硅料中的金属杂质和非金属杂质的分凝系数不同，故而本申请采用定向凝固法能够将分凝系数较小的金属杂质去除，而使得分凝系数较大的非金属杂质保留。
进一步的，在采用定向凝固法辅以多晶铸锭炉制备多晶硅锭的过程中，掺杂一定含量的第一类元素和第二类元素，进而抵消硅料中原有非金属杂质(如硼元素和磷元素)的影响，且与其混合实现多晶硅锭中掺杂平衡；以及，通过第一类元素控制多晶硅锭电阻率升高和第二类元素控制多晶硅锭电阻率降低的特性，最终使得制备出的多晶硅锭的电阻率分布均匀且在预设范围内。需要说明的是，本申请实施例提供的多晶硅锭的电阻率在预设范围内，指的是多晶硅锭在生长方向上的中间区域的电阻率在预设范围内，其中，预设范围可以为0.8Ω·cm-1.5Ω·cm，包括端点值。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过定向凝固法制备多晶硅锭以去除金属杂质，进而能够有效去除多晶硅锭中的金属杂质；以及，通过掺杂第一类元素和第二类元素，能够实现多晶硅锭中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。如采用该硅片制作太阳电池，能够保证电池的转换效率高。
在本申请一实施例中，本申请提供的掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。其中，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
可以理解的，在定向凝固法的工艺过程中，掺杂的第一类元素的最终含量和第二类元素的最终含量需要预先计算获得，对此可以根据元素和电阻率的相应公式或元素和电阻率的影响曲线进行确定，而后根据最终得到的结果进行掺杂，以得到掺杂平衡的多晶硅锭。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
可以理解的，在定向凝固法的工艺过程中，可以进行磷元素和硼元素的掺杂，或者进行磷元素和镓元素的掺杂，或者进行磷元素、硼元素和镓元素的掺杂，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。
相应的，本申请实施例还提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭采用上述任意一实施例提供的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法制备而成。
相应的，本申请实施例还提供了一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，参考图2所示，为本申请实施例提供的一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法的流程图，其中，多晶硅棒的制备方法包括：
S21、提供物理法提纯的硅料；
S22、采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低；
S23、去除所述多晶硅锭在生长方向上的底部和顶部各自相应预设厚度；
S24、对所述多晶硅锭进行切割为多个多晶硅棒。
可以理解的，本申请实施例提供的硅料为物理法提纯的硅料，故而其包括有金属杂质和非金属杂质，其中，本申请实施例采用定向凝固法将该物理提纯的硅料制备为多晶硅锭，进而能够去除金属杂质。具体的，由于硅料中的金属杂质和非金属杂质的分凝系数不同，故而本申请采用定向凝固法能够将分凝系数较小的金属杂质去除，而使得分凝系数较大的非金属杂质保留。
进一步的，在采用定向凝固法辅以多晶铸锭炉制备多晶硅锭的过程中，掺杂一定含量的第一类元素和第二类元素，进而抵消硅料中原有非金属杂质(如硼元素和磷元素)的影响，且与其混合实现多晶硅锭中掺杂平衡；以及，通过第一类元素控制多晶硅锭电阻率升高和第二类元素控制多晶硅锭电阻率降低的特性，最终使得制备出的多晶硅锭的电阻率分布均匀且在预设范围内。需要说明的是，本申请实施例提供的多晶硅锭的电阻率在预设范围内，指的是多晶硅锭在生长方向上的中间区域的电阻率在预设范围内，其中，预设范围可以为0.8Ω·cm-1.5Ω·cm，包括端点值。此外，本申请实施例对于去除多晶硅锭的底部的厚度和顶部的厚度具体数值不做限定，需要根据实际应用进行具体计算。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过定向凝固法制备多晶硅锭以去除金属杂质，进而能够有效去除多晶硅锭中的金属杂质，亦即去除了多晶硅棒中的金属杂质；以及，通过掺杂第一类元素和第二类元素，能够实现多晶硅锭中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，亦即使得多晶硅棒的电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。如采用该硅片制作太阳电池，能够保证电池的转换效率高。
在本申请一实施例中，本申请提供的掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。其中，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
可以理解的，在定向凝固法的工艺过程中，掺杂的第一类元素的最终含量和第二类元素的最终含量需要预先计算获得，对此可以根据元素和电阻率的相应公式或元素和电阻率的影响曲线进行确定，而后根据最终得到的结果进行掺杂，以得到掺杂平衡的多晶硅锭。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
可以理解的，在定向凝固法的工艺过程中，可以进行磷元素和硼元素的掺杂，或者进行磷元素和镓元素的掺杂，或者进行磷元素、硼元素和镓元素的掺杂，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。
相应的，本申请实施例还提供了一种多晶硅棒，所述多晶硅棒采用上述任意一实施例提供的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法制备而成。
本申请实施例提供了一种采用物理法提纯的硅料制备的多晶硅锭和多晶硅棒及相应方法，采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过定向凝固法制备多晶硅锭以去除金属杂质，进而能够有效去除多晶硅锭和多晶硅棒中的金属杂质；以及，通过掺杂第一类元素和第二类元素，能够实现多晶硅锭和多晶硅棒中的掺杂平衡，使其电阻率在预设范围内，进而保证采用该多晶硅锭或多晶硅棒制作的硅片的性能提高，有效降低半导体结构器件的成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法，其特征在于，包括：
提供物理法提纯的硅料；
采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低。
2.根据权利要求1所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法，其特征在于，掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。
3.根据权利要求2所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法，其特征在于，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
4.根据权利要求1所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法，其特征在于，所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
5.一种多晶硅锭，其特征在于，所述多晶硅锭采用权利要求1～4任意一项所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅锭的方法制备而成。
6.一种采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，其特征在于，包括：
提供物理法提纯的硅料；
采用定向凝固法将所述硅料制备为多晶硅锭，且制备过程中掺杂第一类元素和第二类元素，以控制所述多晶硅锭的电阻率在预设范围内，其中，所述第一类元素控制所述多晶硅锭的电阻率升高，及所述第二类元素控制所述多晶硅锭的电阻率降低；
去除所述多晶硅锭在生长方向上的底部和顶部各自相应预设厚度；
对所述多晶硅锭进行切割为多个多晶硅棒。
7.根据权利要求6所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，其特征在于，掺杂所述第一类元素的含量和所述第二类元素的含量，根据所述硅料中非金属杂质的含量确定。
8.根据权利要求7所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，其特征在于，所述硅料的非金属杂质的含量为来料时已知含量；
或者，所述硅料的非金属杂质的含量根据所述硅料的电阻率确定。
9.根据权利要求6所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法，其特征在于，所述第一类元素为磷元素；
以及，所述第二类元素包括硼元素、镓元素中至少一种。
10.一种多晶硅棒，其特征在于，所述多晶硅棒采用权利要求1～4任意一项所述的采用物理法提纯的硅料制备多晶硅棒的方法制备而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190405 |
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