專利名稱：一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅單晶的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法。
背景技術(shù)：
直拉區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)技術(shù)克服了傳統(tǒng)直拉法和區(qū)熔法生產(chǎn)工藝中的固有缺陷，易于規(guī)模化生產(chǎn)。由直拉區(qū)熔法制得的硅單晶具有良好的性能價(jià)格比，且具有易于摻入特殊固態(tài)雜質(zhì)元素的特性，所以在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。但目前用于太陽(yáng)能領(lǐng)域的直拉區(qū)熔硅單晶，在其制備工藝中的區(qū)熔階段單晶是單方向旋轉(zhuǎn)的，所以氣相摻雜過(guò)程中，摻雜劑和氧碳等分布不均，仍然會(huì)出現(xiàn)直拉硅單晶常見(jiàn)的黑心現(xiàn)象，且其徑向均勻性差，影響由其制得的太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法，尤其適合用于改善太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的光伏性能。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法:在區(qū)熔階段的等徑生長(zhǎng)工藝中，在區(qū)熔硅單晶爐電氣控制系統(tǒng)的控制下，使下轉(zhuǎn)電機(jī)正向、反向交替轉(zhuǎn) 動(dòng)，所述下轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)硅單晶按照設(shè)定的正向角度和反向角度轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步，所述正向角度和所述反向角度的比值為一預(yù)設(shè)值。進(jìn)一步，所述正向角度和所述反向角度之比為380:620。進(jìn)一步，所述正向角度為100° -800°，所述反向角度為50° -750°。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明在制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的等徑生長(zhǎng)工藝中引入雙向旋轉(zhuǎn)工藝，使太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的徑向電阻率的均勻性有了很大改善，解決了太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的黑心問(wèn)題，能夠提高由該太陽(yáng)能級(jí)硅單晶制得的太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率。


圖1是利用現(xiàn)有技術(shù)制得的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶圖2是利用實(shí)施例所述的技術(shù)方案制得的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法:在區(qū)熔階段的等徑生長(zhǎng)工藝中，在區(qū)熔硅單晶爐電氣控制系統(tǒng)的控制下，使下轉(zhuǎn)電機(jī)正向、反向交替轉(zhuǎn)動(dòng)，下轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)硅單晶按照設(shè)定的正向角度和反向角度轉(zhuǎn)動(dòng)，正向角度和反向角度的比值為一預(yù)設(shè)值。正向角度的優(yōu)選范圍為100° -800°，反向角度優(yōu)選為50° -750°。正向角度和反向角度的比值優(yōu)選為380:620。在整個(gè)太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的制備過(guò)程中，正向角度和反向角度的數(shù)值一直不變。在不同的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的制備工藝中，根據(jù)制備需求，可以預(yù)設(shè)不同的正向角度和反向角度的比值。具體實(shí)施例:在本實(shí)施例中，首先用直拉法拉制硅單晶，然后進(jìn)行錠型加工，清洗腐蝕，然后在區(qū)熔階段的等徑生長(zhǎng)工藝中，采用雙向旋轉(zhuǎn)工藝進(jìn)行太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的拉制，具體步驟如下:1.將80公斤腐蝕清洗干凈的塊狀硅多晶料裝入直拉爐中的石英干鍋內(nèi)，然后抽真空、充氬氣，經(jīng)30-60分鐘抽真空到壓力< 100毫乇時(shí)充氬氣至真空壓力< 14乇；2.加熱前通冷卻水，啟動(dòng)加熱按鈕，加熱至1500-1600°C，塊狀硅多晶全部熔化后，開(kāi)動(dòng)籽晶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，下降籽晶熔接籽晶；3.液面穩(wěn)定后拉細(xì)頸，通過(guò)籽晶從融熔狀多晶料中拉出一段直徑約8mm、長(zhǎng)為20mm的細(xì)頸；4.下降籽晶升速，設(shè)定升速為0.5mm/min左右進(jìn)行放肩，60分鐘左右將直徑從細(xì)頸的8_擴(kuò)大至140mm-150_ ；5.調(diào)節(jié)直徑傳感器，控制 拉晶速度進(jìn)行等徑拉晶，等徑生長(zhǎng)時(shí)間為20小時(shí)；6.降低晶體拉速進(jìn)行收尾，收尾時(shí)間為2小時(shí)；7.提高晶體使其離開(kāi)液面，按下停爐按鈕進(jìn)行停爐操作，待功率表回零后切斷電源，2小時(shí)后停止主真空泵抽空，將多晶棒料出爐；8.將出爐后的多晶棒進(jìn)行錠型加工，清洗腐蝕后裝入?yún)^(qū)熔爐內(nèi)晶體夾持器上，將<100>籽晶裝入籽晶固定夾頭上；9.將預(yù)熱片放在籽晶周圍，關(guān)閉爐門(mén)抽真空充氬氣后，對(duì)多晶棒進(jìn)行加熱；同時(shí)設(shè)置摻雜氣體的摻雜值和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的正向角度和反向角度比值，正向角度和反向角度的比值設(shè)定為380:620 ；10.預(yù)熱結(jié)束后進(jìn)行化料，待多晶料熔化后，將籽晶與熔硅進(jìn)行熔接，熔接后對(duì)熔區(qū)進(jìn)行整形和引晶；11.引晶結(jié)束后,進(jìn)行細(xì)頸生長(zhǎng),細(xì)頸直徑為3-6mm,長(zhǎng)度為20_100mm ；12.降低下部晶體速度，控制擴(kuò)肩角度在50-70° (開(kāi)始擴(kuò)肩時(shí)打開(kāi)摻雜氣，摻雜氣通過(guò)流量計(jì)按照設(shè)定值進(jìn)入爐室)，擴(kuò)肩至要求直徑后，進(jìn)行等徑生長(zhǎng)，此時(shí)按下電機(jī)控制按鈕，使電機(jī)按設(shè)定程序進(jìn)行正向和反向的交替旋轉(zhuǎn)，正向角度為380°，反向角度為620°，直至單晶等徑生長(zhǎng)階段結(jié)束，關(guān)閉程序，使電機(jī)開(kāi)始帶動(dòng)單晶單向旋轉(zhuǎn)；13.上料不足時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行收尾，收尾后停止摻雜氣體充入，當(dāng)收尾至單晶直徑達(dá)到需要值時(shí)，將熔區(qū)拉開(kāi)，下軸帶動(dòng)單晶繼續(xù)向下，上軸帶動(dòng)多晶料改向上運(yùn)動(dòng)，并關(guān)閉氬氣；14.10-60分鐘后，晶體尾部由紅色逐漸變成黑色后，進(jìn)行拆爐清爐工作，將單晶取出。利用現(xiàn)有技術(shù)中的直拉區(qū)熔法制得的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的徑向均勻性(RRV值)為30% -40%，如圖1所示，利用現(xiàn)有技術(shù)制得的硅單晶片存在黑心現(xiàn)象，后期制得的太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率為21 %，且存在一定的效率衰減效應(yīng)。本實(shí)施例制得的太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的徑向均勻性(RRV值)為10%，如圖2所示，沒(méi)有黑心現(xiàn)象產(chǎn)生，后期制得的太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24%，電池效率基本不衰減。以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā) 明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法，其特征在于:在區(qū)熔階段的等徑生長(zhǎng)工藝中，在區(qū)熔硅單晶爐電氣控制系統(tǒng)的控制下，使下轉(zhuǎn)電機(jī)正向、反向交替轉(zhuǎn)動(dòng)，所述下轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)硅單晶按照設(shè)定的正向角度和反向角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法，其特征在于:所述正向角度和所述反向角度的比值為一預(yù)設(shè)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法，其特征在于:所述正向角度和所述反向角度之比為380:620。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法，其特征在于:所述正向角度為100 ° -800°，所述反向角度為50° -750°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用直拉區(qū)熔法制備太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的方法在區(qū)熔階段的等徑生長(zhǎng)工藝中，在區(qū)熔硅單晶爐電氣控制系統(tǒng)的控制下，使下轉(zhuǎn)電機(jī)正向、反向交替轉(zhuǎn)動(dòng)，所述下轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)硅單晶按照設(shè)定的正向角度和反向角度轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明提高了太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的徑向均勻性，解決了太陽(yáng)能級(jí)硅單晶的黑心問(wèn)題，能夠提高由該太陽(yáng)能級(jí)硅單晶制得的太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)C30B29/06GK103147118SQ20131005787
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者喬柳, 王彥君, 張雪囡, 劉嘉, 孫健, 王遵義, 涂頌昊, 劉錚, 馮嘯桐, 孫昊 申請(qǐng)人:天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司