EA009791B1 - Кремниевое исходное сырьё для солнечных элементов - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к кремниевому исходному сырью для производства получаемых направленной кристаллизацией слитков, тонких листов или лент кремния для изготовления кремниевых пластин для ФЭ солнечных элементов, причем это кремниевое исходное сырье содержит от 0,2 до 10 амд бора и от 0,1 до 10 амд фосфора, распределенных в данном материале. Изобретение также относится к полученному(ой) направленной кристаллизацией слитку кремния, или тонкому листу, или ленте кремния для изготовления пластин для солнечных элементов, содержащим от 0,2 до 10 амд бора и от 0,1 до 10 амд фосфора, распределенных в слитке, причем указанный слиток имеет изменение типа от p-типа к n-типу или от n-типа к p-типу в положении от 40 до 99% высоты слитка или толщины листа или ленты и имеет профиль удельного сопротивления, описываемый экспоненциальной кривой с начальным значением в интервале от 0,4 до 10 Ом∙см и с повышением значения удельного сопротивления в направлении к точке изменения типа. И, наконец, настоящее изобретение относится к способу производства кремниевого исходного сырья для получения методом направленной кристаллизации слитков, тонких листов или лент кремния для производства кремниевых пластин для ФЭ солнечных элементов.

Description

В последние годы фотоэлектрические (ФЭ) солнечные элементы производились из особо чистого исходного поликристаллического кремния электронной чистоты (ΕΟ-δί) с добавлением подходящих ломов, обрезков и отходов производства интегральных схем. В результате недавнего спада, который пережила электронная промышленность, простаивающие мощности по производству поликристаллического кремния были приспособлены для того, чтобы сделать доступными более дешевые марки поликристаллического кремния, подходящие для производства ФЭ солнечных элементов. Это привело к временному снижению напряженности на рынке кремниевого исходного сырья солнечного качества (8οΟ-8ί). При возврате спроса на электронные устройства на нормальный уровень большая часть мощностей по производству поликристаллического кремния, как ожидается, будет снова направлена на снабжение электронной промышленности, при снижении поставок в фотоэлектрическую промышленность. Отсутствие дешевого исходного сырья, специально предназначенного для производства 8οΟ-8ί, и возникающее в результате этого развитие дефицита снабжения в настоящее время рассматриваются как одно из наиболее серьезных препятствий для дальнейшего роста фотоэлектрической промышленности.

В последние годы было сделано несколько попыток разработки новых источников 8οΟ-8ί, которые являются независимыми от производственно-бытовой цепи электронной промышленности. Эти попытки включают внедрение новой технологии в применяемые в настоящее время технологические маршруты по производству поликристаллического кремния для значительного снижения его стоимости, а также разработку металлургических способов рафинирования, позволяющих очищать имеющийся в достаточной степени металлургический кремний (ΜΟ-δί) до необходимой степени чистоты. Однако до настоящего времени ни одна из этих попыток не достигла успеха в отношении значительного снижения стоимости производства при одновременном обеспечении ожидаемой чистоты кремниевого исходного сырья, которая будет необходима для соответствия техническим характеристикам ФЭ солнечных элементов, производимых в настоящее время из традиционного кремниевого исходного сырья.

При производстве ФЭ солнечных элементов загрузку исходного сырья 8οΟ-8ί подготавливают, плавят и подвергают направленной кристаллизации в специализированной плавильной печи с получением слитка квадратного сечения. Перед плавлением загрузку, содержащую исходное сырье δοΟ-δί, легируют либо бором, либо фосфором для производства слитков р-типа или η-типа соответственно. За некоторым исключением коммерческие солнечные элементы, производимые в настоящее время, основаны на материале слитков кремния р-типа. Добавление единственной легирующей примеси (например, бора или фосфора) точно контролируется для получения предпочтительного электрического удельного сопротивления данного материала, например, в интервале 0,5-1,5 Ом-см. Это соответствует добавлению 0,02-0,2 амд (атомных миллионных долей, от англ. ррта) бора, когда желателен слиток р-типа и используется исходное сырье 8οΟ-8ί с качеством на уровне собственной проводимости (фактически чистый кремний с незначительным содержанием легирующих примесей). Методика легирования предполагает, что содержание другой легирующей примеси (в случае данного примера - фосфора) является пренебрежимо малым (Р < 1/10 В).

Claims (4)

1. Кремниевое исходное сырье для производства получаемых направленной кристаллизацией Чохральского, зонной плавкой поликристаллических слитков, тонких листов или лент кремния для изготовления кремниевых пластин для ФЭ солнечных элементов, отличающееся тем, что оно содержит от 0,3 до 5,0 амд бора и от 0,5 до 3,5 амд фосфора, менее 50 амд элементов-металлов и менее 100 амд углерода.

2. Кремний для изготовления пластин солнечных элементов, представляющий собой полученные методом направленной кристаллизации Чохральского, методом зонной плавки поликристаллические слиток, тонкий лист или ленту, отличающийся тем, что слиток, тонкий лист или лента кремния содержит от 0,2 до 10 амд бора и от 0,1 до 10 амд фосфора, распределенных в слитке, причем указанный слиток кремния имеет изменение типа от р-типа к η-типу или от η-типа к р-типу в положении от 40 до 99% высоты слитка или толщины листа или ленты и имеет профиль удельного сопротивления, описываемый кривой с начальным значением в интервале от 0,4 до 10 Ом-см и с повышением значения удельного сопротивления в направлении к точке изменения типа.

3. Кремний по п.2, отличающийся тем, что начальное значение удельного сопротивления находится в интервале от 0,7 до 3 Ом-см.

4. Способ производства кремния для изготовления получаемых методом направленной кристаллизации Чохральского, методом зонной плавки поликристаллических слитка, тонкого листа или ленты, используемых для изготовления пластин солнечных элементов, отличающийся тем, что металлургический кремний, полученный в электродуговой печи с помощью печи карботермического восстановления и содержащий вплоть до 300 амд бора и вплоть до 100 амд фосфора, подвергают следующим стадиям рафинирования:

a) обработка металлургического кремния шлаком силиката кальция для снижения содержания бора в кремнии до уровня от 0,2 до 10 амд;

b) кристаллизация обработанного шлаком кремния со стадии а);

c) выщелачивание кремния со стадии Ь) по меньшей мере на одной стадии выщелачивания кислотным выщелачивающим раствором для удаления примесей;

б) плавление кремния со стадии с);

е) кристаллизация расплавленного кремния со стадии б) в форме слитка направленной кристаллизацией;

ί) удаление верхней части закристаллизованного слитка со стадии е) для получения слитка кремния, содержащего от 0,2 до 10 амд бора и от 0,1 до 10 амд фосфора;

д) измельчение и/или классификация по размеру кремния со стадии ί).