專利名稱：一種提高n型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直拉法生長N型硅單晶的裝置和方法，特別涉及一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前世界上大部分的晶體硅太陽能生產(chǎn)廠家都采用B摻雜的P型硅片生產(chǎn)太陽能電池，主流的工業(yè)化生產(chǎn)的P型硅太陽能電池效率已經(jīng)穩(wěn)定在18%以上，主流的工業(yè)化生產(chǎn)的P型硅太陽能電池效率已經(jīng)穩(wěn)定在18%以上，要想在不增加成本的情況下進(jìn)一步提高電池效率已非常困難，于是人們開始把目光投向少數(shù)載流子壽命比P型硅高得多的N型硅的研制，而基于N型硅這個優(yōu)點(diǎn)使得N型硅太陽能電池必將會成為新一代高效電池。但是采取常規(guī)方法生產(chǎn)的N型硅單晶通常截面中心壽命高，邊緣壽命低，邊緣壽命在50-200US。而N型硅單晶截面中心壽命高邊緣壽命低會影響電池片的效率。專利號為200910070376. 9的專利，公布了一種生長高壽命N型硅單晶的方法，其中要求冷卻時間不超過3小時，但是隨著熱場裝置尺寸的加大和投料量的增加，僅僅靠改變冷卻時間可能造成由于晶體冷卻過快，而容易在晶體內(nèi)部引起應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了徹底解決N型硅單晶截面中心壽命高邊緣壽命低會影響電池片效率的問題，通過不斷分析和摸索得出常規(guī)方法生產(chǎn)的N型硅單晶采用傳統(tǒng)的生長晶體硅熱系統(tǒng)，即導(dǎo)流筒的導(dǎo)流內(nèi)筒采用石墨材質(zhì)制成，由于石墨導(dǎo)流內(nèi)筒的石墨材質(zhì)純度不夠， 造成爐內(nèi)氣氛中含有多種微量雜質(zhì)，如狗等金屬雜質(zhì)，當(dāng)晶體生長時，這些微量雜質(zhì)會附著于晶棒表面，并在較高的溫度場中向晶棒內(nèi)部擴(kuò)散，導(dǎo)致硅單晶少子壽命低。尤其是氣體沖刷的高溫石墨部分-導(dǎo)流內(nèi)筒是影響邊緣少數(shù)載流子壽命的關(guān)鍵部位。因此，本發(fā)明通過采用由高純石英導(dǎo)流內(nèi)筒代替?zhèn)鹘y(tǒng)石墨導(dǎo)流內(nèi)筒的熱系統(tǒng)，在拉晶過程中，針對熱場的變化，工藝參數(shù)相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步調(diào)整液面與導(dǎo)流筒的距離，加大氬氣流量，降低爐壓，從而避免了金屬雜質(zhì)對硅單晶棒少子壽命的影響，使得拉制出的硅單晶邊緣壽命低的問題得到徹底解決。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置，其特征在于，所述裝置為導(dǎo)流筒，包括導(dǎo)流內(nèi)筒、隔熱層及石墨導(dǎo)流外筒，隔熱層置于導(dǎo)流內(nèi)筒和石墨導(dǎo)流外筒之間，所述導(dǎo)流內(nèi)筒的材質(zhì)為高純石英。一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的方法，其特征在于，調(diào)整坩堝位置，使固液界面距離導(dǎo)流筒下沿的距離在25-35mm之間。將氬氣流量調(diào)整在70-90slpm范圍內(nèi)。 將爐內(nèi)壓力調(diào)整在10-15Torr范圍內(nèi)。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是采取本發(fā)明生長的N型硅單晶整體(含表面)少子壽命》IOOOus,從而避免了金屬雜質(zhì)對硅單晶棒少子壽命的影響，使得拉制出的硅單晶邊緣壽命低的問題得到徹底解決，為生產(chǎn)高效率N型硅太陽能電池提供高品質(zhì)的單晶硅材料。


圖1為本發(fā)明導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明參照圖1，本發(fā)明的導(dǎo)流筒裝置包括導(dǎo)流內(nèi)筒1、隔熱層2及石墨導(dǎo)流外筒3，隔熱層2置于導(dǎo)流內(nèi)筒1和石墨導(dǎo)流外筒3 之間，導(dǎo)流內(nèi)筒1的材質(zhì)為高純石英。高純石英導(dǎo)流內(nèi)筒采用熔融法制備。本裝置是專門用于大投料量生長高壽命大直徑N型硅單晶的熱場裝置。實(shí)施例采用本裝置直拉法生長高壽命N型硅單晶的具體工藝步驟如下包括裝料、化料、引細(xì)晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、冷卻等。第一步按常規(guī)方法將單晶爐清爐處理，安裝導(dǎo)流筒，確認(rèn)無故障后，開始裝料，加入115kg多晶硅和P摻雜劑，充氬氣，氬氣流量為80slpm，爐壓為14Torr。氬氣流量增大和降低爐內(nèi)壓力，有助于含雜質(zhì)的揮發(fā)氣氛更好的排出爐體，不附著在高溫硅棒上。第二步低堝位化料。第三步化料完畢，調(diào)整堝位，使固液界面距離導(dǎo)流筒下沿距離為30mm (大于常規(guī)的固液界面與導(dǎo)流筒下沿之間的距離)。降溫至液面有過冷度，待熔硅溫度穩(wěn)定30min后， 下降籽晶，開始引細(xì)徑。第四步引晶長度到150mm后，放肩，轉(zhuǎn)肩。第五步等徑生長，晶轉(zhuǎn)12轉(zhuǎn)/分鐘，鍋轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)/分鐘，晶體生長平均拉速為 1. 20mm/min，按照常規(guī)工藝收尾和冷卻。以上實(shí)施例在22寸熱系統(tǒng)下成功拉制出的硅單晶棒直徑165mm，N型，<100>晶向， 頭部電阻率12-13 Ω 011，尾部電阻率2.0 0 ·αιι，氧含量為21ppma，替位碳含量< 0. 2ppma， 非平衡少數(shù)載流子包括邊緣壽命在12000-6000US，大大提高了 N型硅單晶整體(含表面)少子壽命。
權(quán)利要求
1.一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置，其特征在于，所述裝置為導(dǎo)流筒， 包括導(dǎo)流內(nèi)筒(1)、隔熱層(2)及石墨導(dǎo)流外筒(3)，隔熱層(2)置于導(dǎo)流內(nèi)筒(1)和石墨導(dǎo)流外筒(3)之間，所述導(dǎo)流內(nèi)筒(1)的材質(zhì)為高純石英。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置的方法，其特征在于，調(diào)整坩堝位置，使固液界面距離導(dǎo)流筒下沿的距離在25-35mm之間。
3.如權(quán)利要求2所述的采用一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置的方法， 其特征在于，將氬氣流量調(diào)整在70-90slpm范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的采用一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置的方法，其特征在于，將爐內(nèi)壓力調(diào)整在10-15ΤΟΠ·范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高N型硅單晶邊緣少數(shù)載流子壽命的裝置和方法。本裝置是專門用于大投料量生長高壽命大直徑N型硅單晶的熱場裝置。本裝置為導(dǎo)流筒，包括導(dǎo)流內(nèi)筒、隔熱層及石墨導(dǎo)流外筒，隔熱層置于導(dǎo)流內(nèi)筒和石墨導(dǎo)流外筒之間，導(dǎo)流內(nèi)筒的材質(zhì)為高純石英。針對熱場的變化，工藝參數(shù)相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整坩堝位置，使固液界面距離石墨導(dǎo)流外筒下沿的距離在25-35mm之間；將氬氣流量調(diào)整在70-90slpm范圍內(nèi)。將爐內(nèi)壓力調(diào)整在10-15Torr范圍內(nèi)。采取本發(fā)明生長的N型硅單晶整體(含表面)少子壽命≥1000us，從而避免了金屬雜質(zhì)對硅單晶棒少子壽命的影響，使得拉制出的硅單晶邊緣壽命低的問題得到徹底解決，為生產(chǎn)高效率N型硅太陽能電池提供高品質(zhì)的單晶硅材料。
文檔編號C30B15/20GK102560625SQ201210079838
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉宇, 尚偉澤, 梁山, 沈浩平, 王軍磊, 申霖, 谷守偉, 高樹良, 高潤飛 申請人:內(nèi)蒙古中環(huán)光伏材料有限公司