專利名稱：N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單晶硅片制造工藝，特別是一種N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片制造方法。具體為一種以高壽命N型單晶硅為原料的太陽能級N型高少子壽命(以下簡稱壽命)單晶硅片的制造工藝，在硅單晶切割、脫膠、清洗工藝中減小沾污以保持N型單晶硅片的壽命，使其遠(yuǎn)優(yōu)于普通方法制得的N型單晶硅片。
背景技術(shù)：
單晶硅片壽命和清潔程度與太陽能電池(以下簡稱電池)轉(zhuǎn)換效率是強(qiáng)烈對應(yīng)的正比關(guān)系。太陽能工業(yè)所用的N型高壽命硅單晶是用CZ法生長的(單晶整體壽命高于 1000 μ S，以 BCT 300 型 Sinton consulting lifetime tester 測試)。在太陽能電池行業(yè)，目前需要將硅單晶圓棒經(jīng)過如下步驟方棒制造、硅片切割、脫膠(脫膠即把切割完成的硅片從工裝上分離)、清洗(清潔硅片表面)等。在方棒制造過程中，高強(qiáng)度的機(jī)械切割、磨削會(huì)在晶體表面產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力和重金屬沾污(高效N型電池要求如下Fe
<5E+13atoms/cm2，Cu < 20E+13atoms/cm2，測量儀器 Graphite Furnace AAS)；在娃片的切割過程中，由于采用多線切割方式，切割過程中鋼線磨損掉的部分會(huì)以鐵、銅的微粉形式混雜在砂漿(切割過程所用的材料，整個(gè)切割過程硅片都與其接觸)中，造成重金屬鐵、銅對硅片表面的沾污。這些重金屬的沾污會(huì)在硅片表層產(chǎn)生復(fù)合中心，從而明顯降低少子壽命，繼而降低電池的轉(zhuǎn)換效率。因此，方棒的制造處理工藝，多線切割后的脫膠、清洗工藝能有效保證硅單晶的少子壽命不在加工過程中減低繼而保證穩(wěn)定的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。國內(nèi)外未見有關(guān)于太陽能級N型高壽命單晶硅片制造工藝(其中，所用原料為壽命高于1000 μ S的N型單晶硅)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片及制造方法。它是用于少子壽命> 1000微秒的N型太陽能單晶硅片的制造工藝，采用機(jī)械化學(xué)拋光去除硅棒損傷層，采用酸堿清洗工藝去除表層金屬雜質(zhì)，可以解決高壽命N型單晶硅在硅片制造過程中的壽命降低難題。本發(fā)明晶體生長方法實(shí)用、效率高、成本低，能夠避免高壽命N型的太陽能級單晶硅片制造過程中的壽命降低，能滿足N型高效太陽能電池的要求。本發(fā)明提供的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片為<100>晶向，電阻率范圍為 1 20 Ω .cm、少數(shù)載流子壽命> 1000 μ s, IRON(Fe) < 5E+13atoms/cm2，COPPER(Cu)
<20E+13atoms/cm2,間隙氧含量為
彡17. 5ppma，替位碳含量為[Cs]彡0. 5ppma ；外型 > 6英寸。本發(fā)明提供的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片的制造方法包括的步驟它是以少子壽命大于1000微秒的N型太陽能硅單晶棒為原料，按下述的具體工藝步驟方棒機(jī)械拋光，方棒化學(xué)拋光，多線切割，硅片脫膠，硅片清洗，硅片烘干。具體工藝參數(shù)機(jī)械拋光電流6-10A，工件移動(dòng)速度10-25mm/min，化學(xué)拋光HF酸HNO3的質(zhì)量比例1 6，浸泡時(shí)間3-6min ；脫膠用乳酸溶液濃度30% -60%，溶液溫度50士5°C，反應(yīng)時(shí)間 20-40min。本發(fā) 明提供的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片的制造方法是以少子壽命大于1000微秒的N型太陽能硅單晶棒為原料，具體步驟包括1)機(jī)械拋光，調(diào)整拋光主電流至8-10A，拋光速度20mm/min ；調(diào)整電流至7-8A拋光速度20mm/min ；調(diào)整電流至6-7A速度20mm/min。2)化學(xué)拋光，調(diào)整室溫至25正負(fù)3攝氏度，配比氫氟酸(分析純)與硝酸(分析純)的質(zhì)量比為1 6，混合均勻后將硅棒浸泡3-6分鐘；3)粘棒并使用多線切割機(jī)切割；4)硅片脫膠，配制濃度30% -60%的乳酸溶液，調(diào)整溶液溫度至50士5°C，浸泡于乳酸溶液中30分鐘脫膠；5)清洗過程中采用9槽清洗機(jī)，每槽時(shí)間為4分鐘，使用電阻率15兆歐姆厘米的純水。本發(fā)明提供了一種N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片制造方法，可以解決高壽命N型硅單晶在后續(xù)加工過程中因應(yīng)力和沾污造成的實(shí)際硅片壽命降低的難題。本發(fā)明所述的制造工藝實(shí)用、效率高、成本低，能夠制得N型、<100>晶向、電阻率范圍為1 20 Ω .CHKlRON(Fe) < 5E+13atoms/cm2,COPPER(Cu) < 20E+13atoms/cm2、少數(shù)載流子壽命 > 1000 μ s的太陽能級單晶硅片，能滿足高效太陽能電池的要求。


圖Ia是Φ 160mm單晶硅片少子壽命測試結(jié)果；圖Ib是Φ 160mm單晶硅片金屬含
量測試結(jié)果。圖2a是Φ 200mm單晶硅片少子壽命測試結(jié)果；圖2b是Φ 200mm單晶硅片金屬含
量測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明參照實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明使用太陽能用少子壽命大于1000微秒的N型太陽能單晶硅棒(市售)。 少子壽命檢測設(shè)備為美國Sinton公司生產(chǎn)的Sinton consulting lifetime tester BCT-300型，金屬含量檢測設(shè)備為美國產(chǎn)Graphite Furnace AAS。機(jī)械拋光機(jī)為日本Sinto EM-ML229，多線切割機(jī)為日本NTC產(chǎn)442D。清洗機(jī)為張家港超聲電器公司生產(chǎn)的SGR-10L。實(shí)施例1依本發(fā)明制作6英寸單晶硅片本發(fā)明提供的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片制造方法(晶體表面少子壽命為1050微秒)主要包括機(jī)械拋光(日本Sinto EM-ML229)、化學(xué)拋光、多線切割(日本 NTC產(chǎn)442D)、脫膠、清洗(SGR-10L)等步驟第一步將輥磨好的方棒放于機(jī)械拋光機(jī)(日本Sinto EM-ML229)上，調(diào)整拋光機(jī)電流至8-10A，調(diào)整拋光速度至20mm/s，開始第一次拋光。第二步調(diào)整拋光機(jī)電流至7-8A，調(diào)整拋光速度至20mm/s，開始第二次拋光。
第三步調(diào)整拋光機(jī)電流至6-7A，調(diào)整拋光速度至20mm/s，開始第三次拋光。第四步調(diào)整并確認(rèn)室溫為25士3°C，配比分析純級氫氟酸與分析純級硝酸的質(zhì)量比為1 6，混合均勻后將硅棒浸泡3-6分鐘，用純水沖洗干凈。第五步按常規(guī)方法線切割，配制濃度30% -60%的乳酸溶液，調(diào)整溶液溫度至 50士5°C，并將切割后的硅棒(準(zhǔn)硅片)2分鐘內(nèi)浸入乳酸溶液中，浸泡30分鐘。第六步配置清洗用溶液，堿液配比(摩爾比)為，氨水氫氧化鉀水= 2:1: 3，酸液配比(摩爾比)為，檸檬酸醋酸水=1 1 3。第七步如下配置清洗設(shè)備(張家港超聲電器公司SGR-10L)。
槽號及 1預(yù)
2堿槽3堿槽4噴淋5酸槽6漂洗7漂洗8漂洗9干燥功能清洗_________清洗液純水 1.3L 1.3L 純水 1.5L 純水純水純水無_
溫度 °C 45 40 40 室溫 65 65 65 65 60_
超聲丨有丨有I有I無丨有Iw I有Iw I無確認(rèn)電阻率15兆歐姆厘米的純水連接正常，將從脫膠槽取出的硅片在水中逐片裝到清洗用工裝中，取出硅片并將其依次通過上表中的8個(gè)清洗槽，每槽4分鐘，最后在甩干機(jī)中甩干。超聲條件為1.8kw，40kHz。實(shí)施例得到的硅單晶用BCT 300型Sinton consulting lifetime tester測試少數(shù)載流子壽命；用Graphite Furnace AAS測試金屬含量。具有代表性實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果實(shí)例之一Φ160πιπι單晶硅片，N型，非平衡少子壽命τ > 1000 μ s，金屬含量IRON (Fe)
<5E+13atoms/cm2, COPPER(Cu) < 20E+13atoms/cm2少子壽命測試結(jié)果如圖1所示，a是Φ 160mm單晶硅片少子壽命測試結(jié)果；本發(fā)明與常規(guī)工藝(太陽能電池行業(yè)常用工藝)制得單晶硅片壽命對比，b是Φ160πιπι單晶硅片金屬含量測試結(jié)果(圖Ib注數(shù)量級為IO13)；本發(fā)明與常規(guī)工藝(太陽能電池行業(yè)常用工藝)制得單晶硅片金屬含量對比。結(jié)果表明，本發(fā)明工藝制得的Φ160πιπι單晶硅片的少子壽命遠(yuǎn)高于一般工藝所得，本發(fā)明所得單晶硅片表面的金屬含量(銅鐵含量)遠(yuǎn)低于常規(guī)工藝所得。實(shí)施例2具有代表性實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果實(shí)例之二 以與實(shí)施例1相同的工藝條件制得Φ200πιπι
單晶硅片。
權(quán)利要求
1.一種太陽能級N型高少子壽命單晶硅片，其特征在于該單晶硅片為<100>晶向，電阻率范圍為1 20 Ω · cm、少數(shù)載流子壽命> 1000 μ S，F(xiàn)e < 5E+13atoms/cm2, Cu < 20E+13atoms/cm2，間隙氧含量為[Oi]彡17. 5ppma，替位碳含量為[Cs]彡0. 5ppma。
2.按照權(quán)利要求1所述的單晶硅片，其特征在于它的外型為6 8英寸。
3.權(quán)利要求1所述的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片的制造方法，其特征在于它包括的步驟以少子壽命大于1000微秒的N型太陽能硅單晶棒為原料，按下述的具體工藝步驟方棒機(jī)械拋光，方棒化學(xué)拋光，多線切割，硅片脫膠，硅片清洗，硅片烘干；具體工藝參數(shù)機(jī)械拋光電流6-10A，工件移動(dòng)速度10-25mm/min，化學(xué)拋光HF酸與HNO3質(zhì)量比例 1 6，浸泡時(shí)間3-6min ；脫膠用乳酸溶液濃度30% -60%，溶液溫度50士5°C，反應(yīng)時(shí)間 20-40min。
4.一種權(quán)利要求1所述的N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片的制造方法，其特征在于它是以少子壽命大于1000微秒的N型太陽能硅單晶棒為原料，具體步驟包括1)機(jī)械拋光，調(diào)整拋光主電流至8-10A，拋光速度20mm/min；調(diào)整電流至7-8A拋光速度20mm/min ；調(diào)整電流至6-7A，速度20mm/min ；2)化學(xué)拋光，調(diào)整室溫至25士3°C，配比氫氟酸與硝酸的質(zhì)量比為1 6，混合均勻后將硅棒浸泡3-6分鐘；3)粘棒并使用多線切割機(jī)切割；4)配制濃度30%-60%的乳酸溶液，調(diào)整溶液溫度至50士5°C，浸泡30分鐘；5)清洗過程中采用9槽清洗機(jī)，每槽時(shí)間為4分鐘，使用電阻率15兆歐姆厘米的純水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種N型少子壽命大于1000微秒太陽能硅片制造方法。以少子壽命大于1000微秒的N型太陽能硅單晶棒為原料，具體工藝步驟方棒機(jī)械拋光，拋光電流6-10A，工件移動(dòng)速度10-25mm/min，用HF酸與HNO3化學(xué)拋光，多線切割，硅片脫膠，硅片清洗，硅片烘干；在硅單晶切割、脫膠、清洗工藝中減小沾污以保持N型單晶硅片的壽命，本發(fā)明實(shí)用、效率高、成本低，能夠制得N型、晶向、電阻率范圍為1～20Ω·cm、IRON (Fe)＜5E+13atoms/cm2、COPPER(Cu)＜20E+13atoms/cm2、少數(shù)載流子壽命＞1000μs的太陽能級單晶硅片，使其遠(yuǎn)優(yōu)于普通方法制得的N型單晶硅片，能滿足高效太陽能電池的要求。
文檔編號H01L31/18GK102254953SQ201110227678
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者任丙彥, 任麗 申請人:任丙彥, 任麗