專利名稱：一種太陽能電池單晶硅片的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于綠色能源太陽能電池技術領域，特別是涉及一種高效能太陽能電池的 單晶硅片的制造方法。
背景技術：
太陽能是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源。太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)的主要組件，其中單晶硅太陽能電池是目前發(fā)展最快的一種太陽能電池。單晶硅片的品 質(zhì)直接影響著單晶硅太陽能電池的質(zhì)量，提高單晶硅片的品質(zhì)是生產(chǎn)高效能太陽能電池的 前提。目前，國內(nèi)外普遍采用傳統(tǒng)直拉生長法生產(chǎn)單晶硅，然后經(jīng)切割制成單晶硅片。研究 表明，單晶硅太陽能電池衰減高的根源在于氧，氧與硼結合形成了硼氧復合體是導致衰減 的罪魁禍首。雖然直拉生長法生產(chǎn)工藝比較成熟，成品率也較高，而且生產(chǎn)成本相對較低， 但該方法生產(chǎn)的單晶硅氧含量過高且分布不均，直接導致所制成的單晶硅太陽能電池質(zhì)量 不佳，特別是其光電轉換效率低、衰減高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種生產(chǎn)高效能太陽能電池單晶硅 片的方法，由該方法生產(chǎn)的單晶硅片氧含量低且分布均勻，所制成的單晶硅太陽能電池質(zhì) 量上佳，光電轉換效率高、衰減低。本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案是一種太陽能電池單晶硅片的制造方 法，依次包括準備、配料、拉棒和切割步驟，所述拉棒步驟包括熔化、揮發(fā)、種晶、縮頸、放肩、 拉晶、收尾和冷卻過程；其中，(1)在所述配料步驟中，采取以原生多晶硅為主原料并摻硼母合金的配方，或者以 原生多晶硅為主原料配以循環(huán)料的配方；(2)在所述拉棒步驟中，控制坩堝轉速為lrpm 8rpm以降低硅熔融液的氧濃度， 控制晶棒轉速為3rpm 12rpm以改善生長晶棒中氧的徑向分布，并控制晶棒拉速為0. 8mm/ min 3mm/min0作為一種優(yōu)選，在所述配料步驟中，所述摻硼母合金的配方以質(zhì)量份計為原生多 晶硅100份，電阻率為0. 0015 Q cm硼母合金0. 22份 0. 24份。作為一種優(yōu)選，在所述配料步驟中，所述配以循環(huán)料的配方以質(zhì)量百分計為原生 硅30% 40%，循環(huán)料60% 70%。作為一種優(yōu)選，在所述拉棒步驟中，揮發(fā)過程控制所述坩堝轉速為5rpm 8rpm ； 拉晶過程控制所述坩堝轉速為6rpm 8rpm，控制所述晶棒轉速為lOrpm 12rpm并控制所 述晶棒拉速為0. 8mm/min 1. 2mm/min ；收尾過程控制所述坩堝轉速為lrpm 5rpm，控制 所述晶棒轉速為3rpm lOrpm并控制所述晶棒拉速為1. 2mm/min 3mm/min。作為進一步的優(yōu)選，在所述拉棒步驟中，揮發(fā)過程控制所述坩堝轉速為6rpm ；拉 晶過程控制所述坩堝轉速為8rpm，控制所述晶棒轉速為12rpm并控制所述晶棒拉速為
31. lmm/min ；收尾過程控制所述坩堝轉速為2rpm，控制所述晶棒轉速為5rpm并控制所述晶 棒拉速為2. 5mm/min。本發(fā)明所述的循環(huán)料是指在拉晶過程中，或拉晶后單晶硅棒加工成單晶硅片過程 中所產(chǎn)生的邊角料，如頭尾料，堝底料、提肩料、邊片料及一些碎片等。具體地說，本發(fā)明所提供的一種太陽能電池單晶硅片的制造方法，其包括準備、配 料、拉棒和切片步驟，所述拉棒步驟包括熔化、揮發(fā)、種晶、縮頸、放肩、拉晶、收尾和冷卻過 程。所述準備步驟包括原料的準備和設備的準備，其中主要對原生多晶硅進行清洗，除去金 屬等雜質(zhì)，同時單晶爐進行整理，完成裝料前的準備。所述配料步驟，采取以原生多晶硅為主原料并摻硼母合金的配方，或者以原生多 晶硅為主原料配以循環(huán)料的配方；將配方原料裝載到單晶爐的石英坩堝中。裝載完成后，對單晶爐抽真空并充入高純保護氣體氬氣，進入拉棒步驟。在所述拉 棒步驟中，包括熔化、揮發(fā)、種晶、縮頸、放肩、拉晶、收尾和冷卻過程。在熔化過程中，對單晶 爐加熱升溫，溫度超過硅材料的熔點，使其熔化。硅材料全部熔化后需保溫一段時間，此為 揮發(fā)，使熔融硅液的溫度和流動性得以穩(wěn)定。然后是種晶過程，首先將單晶籽晶固定在旋轉 的籽晶軸上，然后緩緩下降籽晶軸，距液面數(shù)毫米時暫停片刻，使籽晶溫度盡量接近熔融硅 液溫度，以減少可能的熱沖擊；接著將籽晶輕輕浸入熔融硅液中，使頭部少量熔化；然后和 熔融硅液形成一個固液界面，隨后籽晶逐步上升，與籽晶粘連并慢慢離開固液界面的硅液 的溫度降低，形成單晶硅。種晶完成后是縮頸過程，籽晶應盡快向提升，使晶體生長速度加 快。放肩過程，縮頸完成后晶體生長速度大大放慢，而直徑急速增大至預定直徑。然后進入 拉晶過程，拉晶過程即等徑生長的過程，晶體生長速度加快并以幾乎固定的速度和固定的 直徑生長。收尾過程，在等徑生長過程結束后，應使晶體的直徑慢慢縮小，直到形成一尖點 而與熔融硅液面分開。最后是冷卻過程，將晶棒升至上爐室冷卻一段時間。在拉棒步驟中， 坩堝轉速、晶棒轉速和晶棒拉速的控制十分重要。所述切割步驟包括切斷、滾圓、切片和清洗過程。切斷過程切去單晶硅棒頭尾無用 部分；滾圓過程通過對晶棒滾磨以獲得精確統(tǒng)一的直徑，對成品要求為矩形的則將晶棒切 割成矩形；切片過程將單晶硅棒切成具有精確幾何尺寸的薄單晶硅片，通常其厚度控制為 200 y m 300 u m ；然后在清洗過程中，采超聲波清洗以清除單晶硅片表面的污染物。實施本發(fā)明所得到的單晶硅片即為單晶硅太陽能電池的原料硅片，用于制造單晶 硅太陽能電池的單體片，然后組裝成太陽能電池組件。由本發(fā)明獲得的單晶硅片氧含量低 且分布均勻，所制成的單晶硅太陽能電池質(zhì)量上佳，光電轉換效率達到17.7%，衰減比在 2%以下。
具體實施例方式(1)目標確定單晶硅棒直徑170mm，晶棒電阻率2.0 Q cm 1.5 Q cm，頭部最 高中心電阻率小于3. 0Q !!，長度1100mm，碳含量小于0. 2ppma，氧含量小于20ppma，少子 壽命大于10ii s。(2)實際工藝20kg原生多晶硅加上40kg循環(huán)料，采用分階段降溫用余溫熔料即 塌料后固體占2/3時，把溫度降到高溫80%左右，固體占1/3時溫度降至揮發(fā)溫度；在熔 料前3h將氬氣流量計調(diào)節(jié)到15L/min，全熔后，氬氣流量計調(diào)節(jié)到35L/min ；全熔后揮發(fā)lh，揮發(fā)時堝轉為6rpm，氬氣流量35L/min ；掉渣回熔時不得以高溫回熔；拉晶堝轉調(diào)節(jié)為 8rpm,晶轉調(diào)節(jié)為12rpm，拉速調(diào)節(jié)為1. lmm/min ；收尾后，堝位下降30mm、功率降至20KW 30KW，控制拉速為 2mm/min 3mm/min、堝轉 2rpm、晶轉 5mm/min、氬氣 25L/min ；30min 后關 閉功率，5h后關閉晶轉、堝轉拆爐。(3)結果分析2009年5月中旬選定某單晶爐按上述工藝制備4根單晶硅棒，編號 分別為XN09051503、XN09051505、XN09051506、XN09061502。將單晶硅棒分頭尾段，分別取 樣片對導電型號、頭部中心電阻率、少子壽命、氧含量和碳含量進行測試。并在完成切片后， 送到電池片廠家進行光電轉換效率、光致衰減實驗。表1給出了原料硅片導電型號、頭部中心電阻率、少子壽命、氧含量和碳含量的測 試數(shù)據(jù)，表2列出太陽能電池單體片光電轉換效率、光致衰減的實驗數(shù)據(jù)。結果表明本發(fā)明 很好的解決單晶硅氧含量過高和分布不均勻的問題，產(chǎn)品利用率高、產(chǎn)品成本低；且光電轉 換效率和光致衰減都能維持在較高的水平。表1 表權利要求
一種太陽能電池單晶硅片的制造方法，依次包括準備、配料、拉棒和切割步驟，所述拉棒步驟包括熔化、揮發(fā)、種晶、縮頸、放肩、拉晶、收尾和冷卻過程；其特征在于，其中，(1)在所述配料步驟中，采取以原生多晶硅為主原料并摻硼母合金的配方，或者以原生多晶硅為主原料配以循環(huán)料的配方；(2)在所述拉棒步驟中，控制坩堝轉速為1rpm～8rpm以降低硅熔融液的氧濃度，控制晶棒轉速為3rpm～12rpm以改善生長晶棒中氧的徑向分布，并控制晶棒拉速為0.8mm/min～3mm/min。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池單晶硅片的制造方法，其特征在于，在所述配料 步驟中，所述摻硼母合金的配方以質(zhì)量份計為原生多晶硅100份，電阻率為0.0015 Ω - cm 硼母合金0. 22份 0. 24份。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池單晶硅片的制造方法，其特征在于，在所述配料 步驟中，所述配以循環(huán)料的配方以質(zhì)量百分計為原生硅30 % 40 %，循環(huán)料60 % 70 %。
4.根據(jù)權利要求1至3之任意一項所述的太陽能電池單晶硅片的制造方法，其特征 在于，在所述拉棒步驟中，揮發(fā)過程控制所述坩堝轉速為5rpm Srpm ；拉晶過程控制所 述坩堝轉速為6rpm 8rpm，控制所述晶棒轉速為IOrpm 12rpm并控制所述晶棒拉速為 0. 8mm/min 1. 2mm/min ；收尾過程控制所述坩堝轉速為Irpm 5rpm，控制所述晶棒轉速 為3rpm IOrpm并控制所述晶棒拉速為1. 2mm/min 3mm/min。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能電池單晶硅片的制造方法，其特征在于，在所述拉棒 步驟中，揮發(fā)過程控制所述坩堝轉速為6rpm ；拉晶過程控制所述坩堝轉速為8rpm，控制所 述晶棒轉速為12rpm并控制所述晶棒拉速為1. lmm/min ；收尾過程控制所述坩堝轉速為 2rpm，控制所述晶棒轉速為5rpm并控制所述晶棒拉速為2. 5mm/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池的單晶硅片的制造方法，依次包括準備、配料、拉棒和切割步驟，拉棒步驟包括熔化、揮發(fā)、種晶、縮頸、放肩、拉晶、收尾和冷卻過程。其中，在配料步驟中，采取以原生多晶硅為主原料并摻硼母合金的配方，或者以原生多晶硅為主原料配以循環(huán)料的配方；在拉棒步驟中，控制坩堝轉速為1rpm～8rpm以降低硅熔融液的氧濃度，控制晶棒轉速為3rpm～12rpm以改善生長晶棒中氧的徑向分布，并控制晶棒拉速為0.8mm/min～3mm/min。所生產(chǎn)的單晶硅片氧含量低且分布均勻，所制成的單晶硅太陽能電池質(zhì)量上佳，光電轉換效率高、衰減低。
文檔編號C30B29/06GK101851779SQ20101019451
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者季炯, 屠勇勇, 李金甫, 肖冀 申請人:浙江芯能光伏科技有限公司