CN113622017A - 一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法，该方法包括：将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅；在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，预设转速与引晶阶段坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，预设功率与引晶阶段加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值；将第二重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第二单晶硅；其中，在第一单晶硅和第二单晶硅的生长过程中，向坩埚中动态加入硅料，以使任一时刻坩埚内的硅料重量为预设重量。本发明实施例的方法可以有效控制掺杂剂的量，提高掺杂剂的利用效率，可以解决单晶硅的头尾部电阻率分布不均匀的问题。

Description

一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法。

背景技术

单晶硅是制备太阳能电池最基本的材料，太阳能电池的性能主要取决于单晶硅的品质，而电阻率是反映单晶硅品质的一项重要参数。

目前，主要通过在单晶硅生长过程中掺入一定量的杂质以控制单晶硅的电阻率。由于制备单晶硅时掺杂镓元素能够提高太阳能电池的整体性能，尤其使得太阳能电池在转换效率、使用寿命以及抗恶劣环境等方面均有优异的表现，因此，掺杂镓元素逐渐应用于单晶硅的生产制备过程中。但由于镓元素的分凝系数过小，且镓元素的熔点较低，难以控制掺杂浓度。以致于在生长单晶硅过程中对难以控制单晶硅的电阻率，易导致单晶硅的头尾部电阻率分布不均匀，使得整根单晶硅棒中电阻率合格的部分占比不理想，不利于提升成品的合格率，导致产品平均成本偏高。

发明内容

本发明实施例提供一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法，以解决现有单晶硅的头尾部电阻率分布不均匀的问题。

为了解决上述问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种单晶硅掺杂方法，所述方法包括：

硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅；

在所述第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，所述预设转速与引晶阶段所述坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，所述预设功率与引晶阶段所述加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值；

将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅；

其中，在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述坩埚中动态加入所述硅料，以使任一时刻所述坩埚内的硅料重量为预设重量。

可选地，所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅之前，包括：

确定所述第一单晶硅的目标电阻率；

计算所述第一单晶硅所需的所述掺杂剂的第一重量。

可选地，所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅之前，包括：

确定所述第二单晶硅的目标电阻率；

计算所述第二单晶硅所需的所述掺杂剂的第二重量；以及

在单晶炉外，将第二重量的所述掺杂剂加入掺杂装置；

所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅，包括：

将所述掺杂装置放入所述单晶炉内；

调整所述掺杂装置的开孔大小；

通过所述开孔将所述掺杂剂加入所述坩埚中，以用于生长第二单晶硅。

可选地，所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅之后，包括：

在所述第二单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照所述预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照所述预设功率调节所述加热器的功率；

将第三重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长下一根所述第二单晶硅，直至所述第二单晶硅的数量达到预设数量。

可选地，所述将第三重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长下一根所述第二单晶硅之前，包括：

确定下一根所述第二单晶硅的目标电阻率；

计算下一根所述第二单晶硅所需的所述掺杂剂的第三重量；

在单晶炉外，将第三重量的所述掺杂剂加入掺杂装置。

可选地，所述第一阈值为3r/min，所述第二阈值为5kw。

可选地，所述坩埚包括内坩埚和外坩埚；

所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅，包括：将硅料和第一重量的掺杂剂加入所述内坩埚与所述外坩埚之间或所述内坩埚中，生长第一单晶硅；

所述在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述坩埚中动态加入所述硅料，包括：在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述内坩埚与所述外坩埚之间通过加料装置动态加入所述硅料。

可选地，所述掺杂剂为镓或含镓化合物。

第二方面，本发明实施例还提供一种单晶硅制造方法，所述方法包括前述的任一种单晶硅掺杂方法。

可选地，所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅，包括：

将硅料和第一重量的掺杂剂加入内坩埚中，并加热熔化所述硅料和所述掺杂剂；

将籽晶浸入熔硅中，将所述籽晶按预设速度提升以缩小结晶的直径；

在结晶的直径缩小到第一预设直径时，放慢生长速度以增大结晶的直径；

在单晶硅的直径达到第二预设直径时，维持生长速度不变生长至预设长度；

经过收尾阶段降温处理，以得到第一单晶硅。

在本发明实施例中，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅；在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，所述预设转速与引晶阶段所述坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，所述预设功率与引晶阶段所述加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值；将第二重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第二单晶硅；其中，在第一单晶硅和第二单晶硅的生长过程中，向坩埚内动态加入硅料，以使任一时刻坩埚内的硅料重量为预设重量。在上一根单晶硅生长的收尾阶段完成后，调节坩埚转速及加热器功率，可以保证在一根单晶硅拉制的各个阶段中掺杂剂的挥发量一致，将生长下一根单晶硅所需的掺杂剂一次性加入坩埚中，且在掺杂前保证坩埚内的硅料重量不变。这样，既可以有效控制掺杂剂的量，还可以在生长下一根单晶硅的过程中，利于控制掺杂剂的挥发量以及掺杂浓度，从而可以保证单晶硅的头尾部电阻率分布均匀，可有效解决现有单晶硅的头尾部电阻率分布不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例一的一种单晶硅掺杂方法的流程图；

图2表示本发明实施例的一种单晶硅掺杂时的工作原理示意图；

图3表示本发明实施例二的一种单晶硅掺杂方法的流程图；

图4表示本发明实施例三的一种单晶硅掺杂方法的流程图。

附图标记说明：

10-单晶炉，11-坩埚，111-外坩埚，112-内坩埚，12-隔离阀，20-加料装置，21-物料容纳部，22-送料通道，30-掺杂装置，31-筒底，32-筒体。

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作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。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例的一种单晶硅掺杂方法的流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤101，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅。

在本发明实施例中，硅料可以为原生多晶硅料等，本发明实施例对此不做限定。为保证单晶硅的电阻率，需要对单晶硅进行掺杂，可以根据目标单晶硅的导电类型确定掺杂剂的类型。比如，目标单晶硅的导电类型为P型时，可掺入微量的第IIIA族元素，如镓、硼、铝等；目标单晶硅的导向类型为N型时，可掺入微量的第VA族元素，如磷、锑、砷等。可以理解的是，掺杂剂的第一重量是生长第一单晶硅所需的掺杂剂的重量，掺杂剂的第一重量可根据第一单晶硅的目标电阻率计算而得。

在本发明实施例中，如图2所示，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，可以是先将掺杂剂掺入硅料中，再将掺杂后的硅料投放进坩埚11中，以生长第一单晶硅。可以理解的是，此次加入坩埚11中的硅料的重量可以是生长第一单晶硅所需的硅料的重量，也可以是生长多根单晶硅所需的硅料的重量。本发明实施例中的单晶硅可采用直拉法进行生长，本发明实施例对此不做限制。

此外，在本发明实施例中，坩埚11可以包括内坩埚112和外坩埚111，可选地，当生长第一单晶硅时，在单晶炉加热前，由于炉内温度较低，掺杂剂不易挥发，因此，可将所述硅料和所述掺杂剂加入所述内坩埚112与所述外坩埚111之间，或者加入到内坩埚112中，两个加料位置均可。

步骤102，在所述第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，所述预设转速与引晶阶段所述坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，所述预设功率与引晶阶段所述加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值。

在本发明实施例中，在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，预设转速与引晶阶段坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，预设功率与引晶阶段加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值。调节好坩埚的转速和加热器的功率后，可使得坩埚在预设转速下转动，加热器在预设功率下工作，从而可以保持坩埚11内硅熔液温度不变，从而使得相同时间段内硅熔液中掺杂剂的挥发量相等，进而有利于每根单晶硅头尾部电阻率分布的均匀性。

步骤103，将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚11中，生长第二单晶硅；其中，在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述坩埚11中动态加入所述硅料，以使任一时刻所述坩埚11内的硅料重量为预设重量。

在本发明实施例中，在坩埚的转速和加热器的功率调节完成后，将第二重量的掺杂剂加入坩埚11中。其中，掺杂剂的第二重量可根据第二单晶硅的目标电阻率计算而得，计算掺杂剂的第二重量可在第一单晶硅生长的收尾阶段中进行，以便于可以在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，及时将第二重量的掺杂剂加入坩埚11中。如图2所示，第二重量的掺杂剂可在单晶炉10外加入掺杂装置30中，掺杂装置30放入单晶炉10中后，掺杂剂从掺杂装置30中进入内坩埚11中，此时，生长第二单晶硅所需的硅料依然从加料装置20的送料通道22中进入坩埚11内，以生长第二单晶硅。由于后续生长的第二单晶硅所需的掺杂剂是通过单晶炉掺杂装置30从单晶炉10顶部加入，因此，掺杂剂从炉顶低温区逐渐靠近炉底高温区，而不是直接接近高温的硅熔液，掺杂剂受到硅熔液热对流的影响较小，其挥发量较小，因此，可以降低热对流对单晶硅电阻率一致性的影响。可以理解的是，第一单晶硅可以为生长的第一根单晶硅，第二单晶硅可以为后续过程中生长的单晶硅，在单晶硅的目标电阻率、目标生长长度等参数性能方面，第一单晶硅可与第二单晶硅相同，第一单晶硅也可与第二单晶硅不同。其中，在第一单晶硅和第二单晶硅的生长过程中，由于单晶硅的不断生长会使坩埚11中硅熔液的液面降低，因此，可以在提拉单晶硅的同时通过加料装置20实时向坩埚11中加入硅料，以保证每次掺杂前坩埚11中的硅料量为预设重量，可以理解的是，预设重量为拉制第一单晶硅或第二单晶硅时所需的硅料的重量，即可以保持坩埚11中的硅料量不变。具体地，在补充硅料的过程中，由于内坩埚的区域存在不断生长的单晶硅棒，为了避免添加的物料干涉影响硅棒的生长，因此，将硅料通过加料装置20补充到内坩埚和外坩埚之间，再自动流向内坩埚中。

具体而言，以掺杂剂镓为例，由于温度小于25℃时，镓为固态，称取固态的镓可有效控制镓的掺杂量。由于镓元素的分凝系数小，且难以控制掺杂浓度，可以在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，调整好坩埚的转速和加热器的功率，再将第二单晶硅所需的镓一次性加入坩埚中，可使得坩埚内的硅熔液温度保持不变，从而使得相同时间段内硅熔液中镓的挥发量相等。当然，本发明实施例中的掺杂剂也可以为含镓化合物，本发明实施例对此不做限定。因此，本发明实施例既可以提高掺杂剂的利用率，还可以提高单晶硅电阻率分布的均匀性，从而可以有效解决现有单晶硅电阻率分布不均匀的问题。此外，本发明实施例在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，第二单晶硅所需的掺杂剂一次性加入坩埚中，使得本发明实施例的单晶硅掺杂方法的工艺步骤少，可操作性强。

在本发明实施例中，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅；在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，所述预设转速与引晶阶段所述坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，所述预设功率与引晶阶段所述加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值；将第二重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第二单晶硅；其中，在第一单晶硅和第二单晶硅的生长过程中，向坩埚中动态加入硅料，以使任一时刻坩埚内的硅料重量为预设重量。在上一根单晶硅生长的收尾阶段完成后，调节坩埚转速及加热器功率，可以保证在一根单晶硅拉制的各个阶段中掺杂剂的挥发量一致，将生长下一根单晶硅所需的掺杂剂一次性加入坩埚中，且在掺杂前保证坩埚内的硅料重量不变。这样，既可以有效控制掺杂剂的量，还可以在生长下一根单晶硅的过程中，利于控制掺杂剂的挥发量以及掺杂浓度，从而可以保证单晶硅的头尾部电阻率分布均匀，可有效解决现有单晶硅的头尾部电阻率分布不均匀的问题。

实施例二

参照图3，示出了本发明实施例二的一种单晶硅掺杂方法的流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤201，确定所述第一单晶硅的目标电阻率。

在本发明实施例中，确定第一单晶硅的目标电阻率包括确定第一单晶硅的导电类型和目标电阻率的值，单晶硅的导电类型和目标电阻率值会直接影响单晶硅的导电性能，从而当单晶硅应用于制作太阳能电池时，会影响太阳能电池的性能。其导电类型可以为P型或N型，P型单晶硅中的多数载流子主要是单晶硅中的空穴，单晶硅中掺入的该类杂质越多，空穴浓度越高，则单晶硅的导电性越强；N型单晶硅中的多数载流子主要是单晶硅中的自由电子，单晶硅中掺入的该类杂质越多，自由电子的浓度越高，则单晶硅的导电性越强。第一单晶硅的目标电阻率可根据实际应用中的需求而定，在实际应用中，所需求的单晶硅的电阻率值一般较低，本发明实施例对此不做要求。

步骤202，计算所述第一单晶硅所需的所述掺杂剂的第一重量。

在本发明实施例中，可根据公式(1)计算生长一根单晶硅所需的掺杂剂的第一重量：

其中，C_S表示目标掺杂剂浓度，K₀表示掺杂剂的分凝系数，W表示装料量，d表示硅密度，M表示掺杂元素原子量，N₀表示阿伏伽德罗常数。在实际应用中，已知单晶硅的目标电阻率值，可通过查阅电阻率与杂质浓度值对应的关系表得出目标掺杂剂的浓度值C_S，确定掺杂剂的类型后可根据元素周期表得出掺杂元素原子量M，通过查阅掺杂元素的化学性质可得到掺杂剂的分凝系数K₀，硅密度d取常数2.33g/cm³，阿伏伽德罗常数N₀取常数6.02*10²³，装料量W为生长单晶硅所加入的硅料的重量，在已知装料量W和目标电阻率的情况下，可由公式(1)计算得出生长第一单晶硅所需的掺杂剂的第一重量。

步骤203，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅。

在本发明实施例中，步骤203可参照上述步骤101，为了避免重复，此处不再赘述。

步骤204，确定所述第二单晶硅的目标电阻率。

步骤205，计算所述第二单晶硅所需的所述掺杂剂的第二重量。

在本发明实施例中，步骤204可参照上述步骤201，步骤205可参照上述步骤202，在此不再赘述。需要说明的是，步骤204和步骤205可在第一单晶硅生长的收尾阶段中进行，本发明实施例对此不做限制。

步骤206，在单晶炉外，将第二重量的所述掺杂剂加入掺杂装置。

在本发明实施例中，在单晶炉外，将第二重量的掺杂剂加入掺杂装置，可以有效控制掺杂剂的掺杂量。以掺杂剂为镓为例，镓在25℃以下为固态，在单晶炉外，环境温度在25℃以下时，固态的镓既便于称取，又便于装入掺杂装置，可以准确称取所需的镓，还可以降低镓在装料过程中的损耗，从而可以有效控制镓的掺杂量。可以理解的是，该步骤206也可以在第一单晶硅生长的收尾阶段中进行，以保证在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，能及时将掺杂剂加入坩埚中，以生长第二单晶硅，从而可使得第二单晶硅电阻率的分布更均匀，本发明实施例对此不做限定。

步骤207，在所述第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率；

其中，所述第一阈值为3r/min，所述第二阈值为5kw。

在本发明实施例中，在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，预设转速的范围可以在引晶阶段坩埚的转速±3r/min内，也就是说，预设转速的最大值可以为引晶阶段坩埚的转速值加上3r/min，预设转速的最小值可以为引晶阶段坩埚的转速减去3r/min；预设功率的范围可以在引晶阶段加热器的功率±5kw内，也就是说，预设功率的最大值可以为引晶阶段加热器的功率加上5kw，预设功率的最小值可以为引晶阶段加热器的功率减去5kw。调节好坩埚的转速和加热器的功率后，可使得坩埚在预设转速下转动，加热器在预设功率下工作，从而保持坩埚内硅熔液温度不变，从而使得相同时间段内硅熔液中掺杂剂的挥发量相等，进而保证每根单晶硅的头尾部电阻率分布的均匀性。

步骤208，将所述掺杂装置30放入所述单晶炉10内，调整所述掺杂装置30的开孔大小，通过所述开孔将所述掺杂剂加入所述坩埚11中，以用于生长第二单晶硅。

本发明实施例中，在调节好坩埚11的转速和加热器的功率后，如图2所示，掺杂装置30包括活动连接的筒底31和筒体32，将掺杂装置30放入单晶炉10内，掺杂装置30可与单晶炉10卡接，此时掺杂装置30的筒底31和筒体32分离形成开孔，调整掺杂装置30的开孔大小，掺杂剂从开孔进入坩埚11中，以用于生长第二单晶硅。在单晶炉10内，随着温度的升高，掺杂剂经历熔化的过程，逐渐从固态转变为液态，随着温度的进一步升高，掺杂剂可能会经历汽化的过程，逐渐从液态转变为气态而挥发。在坩埚11的转速和加热器的功率均保持恒定的情况下，掺杂剂在相同时间内的挥发量相等，可以有效控制掺杂剂的挥发量，进而控制单晶硅的电阻率分布的均匀性。此时，掺杂剂直接加入坩埚11中，还可以通过加料装置20的送料通道22向坩埚11中加入生长第二单晶硅所需的硅料，本发明实施例对此不做限定。

当然，在本发明实施例中，也可以在第一单晶硅和第二单晶硅的生长过程中，通过加料装置20实时向坩埚中加入硅料，以使得任一时刻坩埚11内的硅料重量为预设重量，从而保证每次掺杂前坩埚11中的硅料量不变。

实施例三

参照图4，示出了本发明实施例三的一种单晶硅掺杂方法的流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤301，将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅。

步骤302，在所述第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率；

步骤303，将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅。

在本发明实施例中，步骤301可参照上述步骤101，步骤302可参照上述步骤102，步骤303可参照上述步骤103，为了避免重复，在此不再赘述。

步骤304，在所述第二单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率；

步骤305，将第三重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长下一根所述第二单晶硅，直至所述第二单晶硅的数量达到预设数量。

步骤306，结束掺杂。

在本发明实施例中，预设数量为本领域技术人员预先设定的在生长单晶硅的整个过程中需要生长的第二单晶硅的数量。在已生长的第二单晶硅的数量小于预设数量时，则还需继续生长第二单晶硅，因此需要执行步骤304和步骤305，即在第二单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，并将第三重量的掺杂剂加入坩埚中，生长下一根第二单晶硅，直到第二单晶硅的数量达到预设数量时，则无需再生长第二单晶硅，从而步骤304和步骤305结束，可执行步骤306，结束掺杂，到此，整个单晶硅生长的过程结束。可以理解的是，掺杂剂的第三重量可根据下一根第二单晶硅的目标电阻率计算得出。在本发明实施例中，在第二单晶硅的数量未达到预设数量时，步骤304和步骤305需要循环执行，直至第二单晶硅的数量达到预设数量时，循环结束。其中，步骤304和步骤305可执行一次，也可循环执行多次，本发明实施例对此不做限定。

具体而言，在统计出的生长的第二单晶硅数量小于预设数量，且在第二单晶硅生长的收尾阶段完成前，可以确定下一根第二单晶硅的目标电阻率，计算下一根第二单晶硅所需的掺杂剂的第三重量，以及在单晶炉外将第三重量的掺杂剂加入掺杂装置，该步骤可参照上述步骤204、步骤205以及步骤206，在此不再赘述。可以理解的是，第二单晶硅实际指代除第一根单晶硅以外的单晶硅，因此，第二单晶硅中各个单晶硅的规格尺寸、目标电阻率等参数可相同也可不同，本发明实施例对此不做限定。在第二单晶硅生长的收尾阶段完成后，可以按照预设转速调节坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，该步骤可参照上述步骤207，在此不再赘述。将第三重量的掺杂剂加入坩埚中，生长下一根第二单晶硅，可以是将装有第三重量掺杂剂的掺杂装置放入单晶炉内，从而生长下一根第二单晶硅，该步骤可参照上述步骤208，在此不再赘述。

在本发明实施例中，可选地，掺杂剂为镓。在P型单晶硅中，掺杂镓较掺杂其他掺杂剂生长出的单晶硅的性能更好，采用此单晶硅的太阳能电池片在转换效率、使用寿命以及抗恶劣环境等方面均具有优异的性能表现，从而提高掺杂镓的单晶硅的电阻率分布的均匀性，可以进一步提升太阳能电池片的性能。

实施例四

本发明实施例还提供了一种单晶硅制造方法，下面结合实际生产过程的一种示例对本发明的单晶硅制造方法进行描述：

在28英寸的热场中投入硅料200kg，以生产6根单晶硅。当6根单晶硅的目标电阻率相同时：每根单晶硅的目标电阻率为0.6Ω·cm。当6根单晶硅的目标电阻率不完全相同时，每根单晶硅的目标电阻率在0.5Ω·cm至0.7Ω·cm之间，比如：第一根单晶硅的目标电阻率为0.5Ω·cm；第二根单晶硅的目标电阻率为0.7Ω·cm，后续若干根单晶硅的目标电阻率均在0.5Ω·cm至0.7Ω·cm之间。

生产过程所使用的掺杂剂为高纯镓，当6根单晶硅的目标电阻率相同时，每根单晶硅需要的掺杂剂含量相同，为2g。当6根单晶硅的目标电阻率不完全相同时，每根单晶硅需要的掺杂剂含量不完全相同，比如，计算得出第一根单晶硅需要的掺杂剂量为1.9g，第二根单晶硅需要的掺杂剂量为2.1g。在拉晶过程的引晶阶段，控制坩埚的转速为9r/min，加热器的功率为引晶功率。

然而，在实际拉晶过程中，由于掺杂剂的浓度难以控制，导致每根单晶硅的头尾部电阻率不一致，相差较大。例如，现有生产工艺生产出的单晶硅的头部电阻率为0.4Ω·cm，尾部电阻率为1.0Ω·cm，头尾的电阻率相差达2.5倍。

本发明实施例的具体操作方法如下：

1、清洗装置。

2、计算6根单晶硅生长所需的硅料，以及第一根单晶硅生长所需的掺杂剂量，称取200kg硅料及2g掺杂剂。

3、热场清洁完毕后，将硅料和掺杂剂通过图2所示的加料装置20加入高纯石英坩埚的内坩埚中，封闭热场和单晶炉，抽真空，验证真空漏率符合生产要求后，加热熔化硅料和掺杂剂。

4、调节引晶阶段的坩埚转速为9r/min，加热器功率为60kw。

5、将籽晶浸入熔硅中，将籽晶按预设速度提升以缩小结晶的直径。该过程即缩颈阶段，当籽晶浸入熔硅中之后，快速提拉籽晶，使得籽晶下部形成上大下小的倒锥形结晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中。

6、在结晶的直径缩小到第一预设直径时，放慢生长速度以增大晶体硅的直径。该过程即放肩阶段，当缩颈缩小到第一预设直径时，可认为籽晶中的位错已不会影响晶体的质量，因此，需要放慢生长速度以增大晶体硅的直径，使直径逐渐增大至设计尺寸。

7、在单晶硅的直径达到第二预设直径时，维持生长速度不变生长至预设长度。该过程即等径生长阶段，当单晶硅的直径生长增大到第二预设直径时，可认为已经长到设计尺寸，因此，需要保持生长速度，保持直径不变，随着单晶硅的提拉，不断生长至设计的预设长度。

8、经过收尾阶段降温处理，以得到第一单晶硅。对长到预设长度的单晶硅进行直径缩小的收尾处理，同时降低温度，将其从单晶炉内取出，便得到第一单晶硅。

9、在第一单晶硅生长的收尾阶段完成前，计算第二根单晶硅生长所需的掺杂剂量，称取2g掺杂剂。

10、掺杂装置清洗完毕后，在单晶炉外，将掺杂剂加入图2所示的掺杂装置30中。

11、在第一单晶硅生长过程中，通过加料装置20实时向内坩埚和外坩埚之间加入硅料，以使任一时刻坩埚中的硅料重量为200kg。

12、在第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，将坩埚转速调整为6r/min至12r/min的范围内，将加热器功率调整为55kw至65kw的范围内。

13、将掺杂装置30放入单晶炉内，调整掺杂装置30的开孔大小，将掺杂剂通过开孔加入内坩埚中。

14、参照上述方法，继续在上一根单晶硅生长的收尾阶段完成后，调整坩埚转速和加热器功率，再将掺杂装置30加入掺杂剂生成其它单晶硅，直至单晶硅的数量满足预设数量为止。比如：第一单晶硅可以是整个制造过程中的第一根单晶硅，第二单晶硅可以是在第一单晶硅生成完成之后制造的单晶硅，若干根第二单晶硅连续制造的过程中，可在上一根第二单晶硅的收尾阶段完成后，调整坩埚转速和加热器功率，再进行掺杂以生成其它第二单晶硅。

15、对生成的单晶硅电阻率进行测试。

当6根单晶硅的目标电阻率相同时，每根单晶硅的头部电阻率为0.5Ω·cm，每根单晶硅的尾部电阻率为0.7Ω·cm，可见，头部电阻率与尾部电阻率之间的比值缩减至1.4倍，相较于传统工艺，每根单晶硅的电阻率得到显著的改善。

当6根单晶硅的目标电阻率不完全相同时，第一根单晶硅的头部电阻率为0.6Ω·cm，尾部电阻率为0.7Ω·cm，可见，第一根单晶硅的头部电阻率与尾部电阻率之间的比值缩减至1.16倍，相较于传统工艺，该单晶硅的电阻率得到显著的改善。对于第二根以及第三根等其它单晶硅的电阻率改善效果类似。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述方法包括：

将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅；

在所述第一单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照预设功率调节加热器的功率，其中，所述预设转速与引晶阶段所述坩埚的转速之差的绝对值小于等于第一阈值，所述预设功率与引晶阶段所述加热器的功率之差的绝对值小于等于第二阈值；

将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅；

其中，在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述坩埚中动态加入所述硅料，以使任一时刻所述坩埚内的硅料重量为预设重量。

2.根据权利要求1所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅之前，包括：

确定所述第一单晶硅的目标电阻率；

计算所述第一单晶硅所需的所述掺杂剂的第一重量。

3.根据权利要求1或2所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅之前，包括：

确定所述第二单晶硅的目标电阻率；

计算所述第二单晶硅所需的所述掺杂剂的第二重量；以及

在单晶炉外，将第二重量的所述掺杂剂加入掺杂装置；

所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅，包括：

将所述掺杂装置放入所述单晶炉内；

调整所述掺杂装置的开孔大小；以及

通过所述开孔将所述掺杂剂加入所述坩埚中，以用于生长第二单晶硅。

4.根据权利要求1所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述将第二重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长第二单晶硅之后，包括：

在所述第二单晶硅生长的收尾阶段完成后，按照所述预设转速调节所述坩埚的转速，以及按照所述预设功率调节所述加热器的功率；

将第三重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长下一根所述第二单晶硅，直至所述第二单晶硅的数量达到预设数量。

5.根据权利要求4所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述将第三重量的所述掺杂剂加入所述坩埚中，生长下一根所述第二单晶硅之前，包括：

确定下一根所述第二单晶硅的目标电阻率；

计算下一根所述第二单晶硅所需的所述掺杂剂的第三重量；

在单晶炉外，将第三重量的所述掺杂剂加入掺杂装置。

6.根据权利要求1所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，

所述第一阈值为3r/min，所述第二阈值为5kw。

7.根据权利要求1所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述坩埚包括内坩埚和外坩埚；

所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅，包括：将硅料和第一重量的掺杂剂加入所述内坩埚与所述外坩埚之间或所述内坩埚中，生长第一单晶硅；

所述在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述坩埚中动态加入所述硅料，包括：在所述第一单晶硅和所述第二单晶硅的生长过程中，向所述内坩埚与所述外坩埚之间通过加料装置动态加入所述硅料。

8.根据权利要求1所述的单晶硅掺杂方法，其特征在于，所述掺杂剂为镓或含镓化合物。

9.一种单晶硅制造方法，其特征在于，所述方法包括权利要求1至8任一项所述的单晶硅掺杂方法。

10.根据权利要求9所述的单晶硅制造方法，其特征在于，所述将硅料和第一重量的掺杂剂加入坩埚中，生长第一单晶硅，包括：

将硅料和第一重量的掺杂剂加入内坩埚中，并加热熔化所述硅料和所述掺杂剂；

将籽晶浸入熔硅中，将所述籽晶按预设速度提升以缩小结晶的直径；

在结晶的直径缩小到第一预设直径时，放慢生长速度以增大结晶的直径；

在单晶硅的直径达到第二预设直径时，维持生长速度不变生长至预设长度；

经过收尾阶段降温处理，以得到第一单晶硅。

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