晶體硅及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的晶體硅材料包括硅、鎵及鑭系稀土元素X，所述鑭系稀土元素X的濃度為1010～1016原子每立方厘米。利用如上所述的晶體硅制造的太陽能電池，對(duì)電學(xué)性能有幫助。本發(fā)明還提供如上所述的晶體硅的制備方法。本發(fā)明的晶體硅材料摻雜鎵以減少光衰、并利用硼元素調(diào)節(jié)電阻率分布，提高產(chǎn)率及品質(zhì)。并且，摻雜的鑭系稀土元素X通過下轉(zhuǎn)換作用，能夠有效的提高硅材料對(duì)紫外波段光的利用率，利用該晶體制得的太陽能電池顯著提高了轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】
晶體娃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于單晶硅制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種摻雜晶體硅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的日益增加，許多發(fā)達(dá)國家越來越重視對(duì)可再 生能源、環(huán)保能源以及新型能源的開發(fā)與研究。作為一種清潔、高效和永不衰竭的新能源， 在新世紀(jì)中，各國政府都將太陽能的利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。晶體硅作 為一種常用的太陽能電池基礎(chǔ)材料，其品質(zhì)直接關(guān)系到太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率及使用壽 命。為解決常用硼摻雜P型晶體硅電池存在衰減較大的問題，出現(xiàn)以鎵代替硅的技術(shù)。然而， 受鎵元素分凝系數(shù)的影響，制得的晶體硅材料電阻率分布寬，電阻率不合格品所占比例較 大。另外，現(xiàn)有的晶體硅太陽能電池對(duì)光的利用率低，仍存在較大的改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供并提高電池轉(zhuǎn)換效率的晶體硅材料，并提供一種能提升晶體 娃廣率及品質(zhì)的、該晶體娃材料的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下：
[0005] 該晶體硅包括硅、硼、鎵及濃度為101()~1017原子每立方厘米的鑭系稀土元素 X。
[0006] 上述鑭系稀土元素 X為鑭、鋪、釹任意一種或多種的組合，或?yàn)殍|、鑭的氧化物、鋪、 鈰的氧化物、釹、釹的氧化物任意一種或多種的組合，或?yàn)殍|、鑭的化合物、鈰、鈰的化合物、 釹、釹的化合物任意一種或多種的組合。
[0007] 上述鎵的濃度為1 X 1015~5 X 1017原子每立方厘米，所述硼的濃度為1 X 1014~1 X 1〇16原子每立方厘米。
[0008] 制備上述晶體硅的方法包括步驟：
[0009] 1】取太陽能級(jí)多晶娃原料，在所述太陽能級(jí)多晶娃原料中加入一定量的鎵、一定 量的硼以及濃度為1 〇1()~1 〇17的鑭系稀土元素 X，制得單晶硅或多晶硅，所述單晶硅或多晶 硅中稀土元素的濃度為101Q~1017;
[0010] 2】將經(jīng)步驟1制備的單晶硅或多晶硅在700 °C~1000 °C進(jìn)行退火處理。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 本發(fā)明的晶體硅材料摻雜鎵以減少光衰、并利用硼元素調(diào)節(jié)電阻率分布，提高產(chǎn) 率及品質(zhì)。并且，摻雜的鑭系稀土元素 X通過下轉(zhuǎn)換作用，能夠有效的提高硅材料對(duì)紫外波 段光的利用率。因此，采用該摻雜組合制造晶體，在易于獲得較單純摻鎵更為理想的電阻率 分布的同時(shí)，利用該晶體制得的太陽電池能夠獲得顯著的轉(zhuǎn)換效率提升，轉(zhuǎn)換效率大于 20%。晶體硅制造的太陽能電池的光致衰減小于1 %。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下將提供多個(gè)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]本技術(shù)方案第一實(shí)施例提供一種晶體硅，包括硅、鎵、硼及鑭系稀土元素 X，其中元 素 X的濃度為1〇1()~1〇17原子每立方厘米。本實(shí)施例中，晶體硅材料為單晶硅。鎵的濃度為5 X 1014~1 X 1017原子每立方厘米，硼的濃度為1 X 1014~1 X 1016原子每立方厘米。鑭系稀土 元素 X優(yōu)選為鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)或其組合，例如:La〇3、鈰鋁、Ce〇2、Nd2〇3、Nd(0H)3。當(dāng)然， 其中的鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)還可以分別為其氧化物等化合物。
[0015]本實(shí)施例中，鑭系稀土元素 X選取鑭、鈰及釹的組合，鑭系稀土元素 X的組合濃度之 和為1.0 X 1014原子每立方厘米。
[0016]
[0018] 本發(fā)明的晶體硅材料摻雜鎵以減少光衰、并利用硼元素調(diào)節(jié)電阻率分布，提高產(chǎn) 率及品質(zhì)。并且，摻雜的鑭系稀土元素 X通過下轉(zhuǎn)換作用，能夠有效的提高硅材料對(duì)紫外波 段光的利用率，利用該晶體制得的太陽電池顯著提高了轉(zhuǎn)換效率。
[0019] 本技術(shù)方案第二實(shí)施例提供一種晶體硅太陽能電池。該太陽能電池采用常規(guī)四主 刪電池工藝、HIT工藝或者PERC工藝制成。本實(shí)施例中，采用第一實(shí)施例的晶體硅材料，經(jīng) PERC工藝制成。太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率大于20%，6小時(shí)光致衰減小于5%。
[0020] 本技術(shù)方案第三實(shí)施例提供一種晶體硅的制備方法，包括以下步驟：
[0021 ]首先，提供太陽能級(jí)多晶硅原料，在該太陽能級(jí)多晶硅原料中加入一定量的鎵、以 及濃度為1〇1()~1〇17的鑭系稀土元素 X，制得單晶硅或多晶硅，該單晶硅或多晶硅中稀土元 素的濃度為1〇1()~1〇17原子每立方厘米。
[0022] 具體地，鑭系稀土元素 X優(yōu)選為鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)或其組合。當(dāng)然，其中的鑭 (La)、鈰(Ce)、釹(Nd)還可以分別為其氧化物或化合物。
[0023] 本實(shí)施例中，鑭系稀土元素 X選取鑭、鈰及釹的組合，鑭系稀土元素 X的組合濃度和 為1.0 X 1014原子每立方厘米。
[0024]以直拉法制造單晶硅為例，在等徑生長階段，調(diào)節(jié)生長工藝，使得晶轉(zhuǎn)大于等于15 轉(zhuǎn)每分鐘，拉晶速度大于等于1.5毫米每分鐘。優(yōu)選地，在拉晶收尾完成后，對(duì)晶體硅的尾部 進(jìn)行熱處理。具體地，收尾結(jié)束后保持晶體硅的尾部在加熱器的加熱范圍內(nèi)，控制加熱器保 持在晶體收尾溫度〇. 5-2小時(shí)，停爐冷卻時(shí)間5小時(shí)以上。
[0025] 然后，將所述的單晶硅或多晶硅，在700°C~1000°C進(jìn)行退火處理。將獲得的單晶 硅或多晶硅進(jìn)行切片，使所得硅片在惰性氣體保護(hù)下，650 °C~1000°C進(jìn)行退火處理1~ 60min〇
[0026]本實(shí)施例的晶體硅的制備方法，能以高產(chǎn)率制得低光致衰減及高轉(zhuǎn)換效率的晶體 娃。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 晶體硅，包括硅、硼、鎵及鑭系稀土元素 X，所述鑭系稀土元素 X的濃度為1〇1()~1〇17原 子每立方厘米。2. 如權(quán)利要求1所述的晶體硅，其特征在于，所述鑭系稀土元素 X為鑭、鈰、釹任意一種 或多種的組合。3. 如權(quán)利要求1所述的晶體硅，其特征在于，所述鑭系稀土元素 X為鑭、鑭的氧化物、鈰、 鈰的氧化物、釹、釹的氧化物任意一種或多種的組合。4. 如權(quán)利要求1所述的晶體硅，其特征在于，所述鑭系稀土元素 X為鑭、鑭的化合物、鈰、 鈰的化合物、釹、釹的化合物任意一種或多種的組合。5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的晶體硅，其特征在于，所述鎵的濃度為IX 1015~5 X 1〇17原子每立方厘米，所述硼的濃度為1X 1〇14~1 X 1〇16原子每立方厘米。6. 利用如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的晶體硅制造的太陽能電池，其特征在于，所述 太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率大于20%。7. 如權(quán)利要求6所述的晶體硅制造的太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池的光致 衰減小于1 %。8. -種晶體硅的制備方法，其特征在于，包括步驟： 1】取太陽能級(jí)多晶硅原料，在所述太陽能級(jí)多晶硅原料中加入IX 1〇15~5 Χ1017原子每 立方厘米的鎵、1 X 1〇14~1 X 1〇16原子每立方厘米的硼以及濃度為1〇1()~1〇17的鑭系稀土元 素 X，制得單晶硅或多晶硅，所述單晶硅或多晶硅中稀土元素的濃度為1〇1()~1〇17; 2】將經(jīng)步驟1制備的單晶硅或多晶硅在700 °C~1000 °C進(jìn)行退火處理。9. 如權(quán)利要求8所述的晶體硅的制備方法，其特征在于，所述鑭系稀土元素 X為鑭、鈰、 釹或其組合。10. 如權(quán)利要求9所述的晶體硅的制備方法，其特征在于，所述鑭系稀土元素 X為鑭、鑭 的化合物、鈰、鈰的化合物、釹、釹的化合物或其組合。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK105839182SQ201610221586
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】鄧浩, 付楠楠, 王向東
【申請(qǐng)人】西安隆基硅材料股份有限公司