技术领域
[0001] 本
发明属于
半导体技术领域，涉及一种
太阳能电池用N型
多晶硅及其生产方法。
背景技术
[0002] 采用N型
单晶硅制成的太阳能电池的转换效率要比P型的高，太阳能电池用N型的硅晶体又分为N型单晶硅和N型多晶硅两种，其中N型单晶硅转换效率要比N型多晶硅高，但是生产效率低下，成本高，而传统掺杂法生产的N型多晶硅虽然价格便宜，但是由于掺杂的元素会因分凝系数不同产生偏析现象，分布不均匀，因此
电阻率不良率较高，材料的利用率低下，制得的太阳能电池片的转换效率的分布范围较大。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种太阳能电池用N型多晶硅的生产方法，该太阳能电池用N型多晶硅的生产方法能够生产出集中分布在高光电转换效率范围内的N型多晶硅太阳能电池片。
[0004] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种太阳能电池用N型多晶硅
硅片或N型多晶硅硅锭，该太阳能电池用N型多晶硅硅片或N型多晶硅硅锭的电阻率差值小，加工成的太阳能电池片可以集中分布在高光电转换效率的范围内，具有更高的光电转换效率。
[0005] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
[0006] 一种太阳能电池用N型多晶硅的生产方法，其特征在于，将多晶硅硅锭或者多晶硅硅片通过
中子辐照转变为N型多晶硅硅锭或N型多晶硅硅片。
[0007] 本生产方法是针对太阳能电池用的且为N型的多晶硅，包括N型多晶硅硅锭和N型多晶硅硅片，中子辐照就是利用
热中子去照射材料、使其
导电性发生变化的一种技术，中子辐照其本身是一种
现有技术，而本生产方法将该中子辐照应用于N型多晶硅的生产，在加工过程中通过中子辐照，使得多晶硅中的一部分Si转变为P元素，且P元素的分布十分均匀，电阻差值小，因此用该方法生产的太阳电池用N型多晶硅的电阻率差值小，用该N型多晶硅制成的太阳能电池片获得的光电转换效率集中分布在较高的区域内，通过本生产方法生产出的N型多晶硅能够满足量产的需求以及太阳能电池性能的要求。
[0008] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，用于中子辐照的多晶硅硅锭通过浇铸法生产，且浇铸法生产出的多晶硅硅锭具有高电阻。浇铸法是生产太阳能多晶硅的基本方法之一，通过浇铸法来生产多晶硅，生产成本低，且生产效率高，生长出适用于中子辐照的多晶硅，再对该多晶硅硅锭进行中子辐照，使浇铸法生产出的多晶硅转变为N型多晶硅，用该N型多晶硅生产出的太阳能电池片的光电转换效率最高时可达到22％～23％左右。
[0009] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，浇铸法生产出的多晶硅的电阻率≥80Ω·cm。由于通过中子辐照，使其起到掺杂的效果，所以采用本方法浇铸的硅锭的电阻率大于一般掺杂法生产的硅锭。
[0010] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，在浇铸之前先准备适用于浇铸的原料，所述原料为硅、不添加决定导电类型的杂质并且具有高电阻的多晶硅、单晶硅生产时产生的不良品或者多晶硅加工过程中破损的多晶硅硅片中的一种或者多种混合。本生产方法是针对太阳能电池用的且为N型的多晶硅，包括N型多晶硅硅锭和N型多晶硅硅片，鉴于中子辐照工艺，生产多晶硅硅锭的原料中不需要添加导电类型杂质，如制造N型多晶硅时需要掺杂的磷、砷、锑等元素，制造P型多晶硅时需要掺杂的
硼、镓、
铝等元素，上述高电阻指的是中子辐照前多晶硅的电阻率需为目标N型多晶硅电阻率的10倍以上。
[0011] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，将柱状多晶硅硅锭或多晶硅硅片放置在镉比10以上的
原子炉中进行辐照。具体辐照时间视多晶硅硅锭的目标电阻率和辐照所用原子炉的中子通量而定。以具有实绩的功率用IGBT(1200V)所需的100欧姆为参考，太阳能电池用N型多晶硅的电阻率一般在3Ω·cm～8Ω·cm，所以辐照时间大致为通常生产IGBT的辐照时间的20倍左右。
[0012] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，辐照时从多晶硅硅锭的侧部进行辐照。从侧部进行辐照的效率较高。
[0013] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，在浇铸法生产多晶硅过程中，使多晶硅中的晶粒全部长大，并使尽可能多的晶粒按照竖直方向统一生长。中子辐照工艺对多晶硅硅锭的特性提出要求，其中单个晶粒较大且晶粒按照竖直方向统一排列生长而成的多晶硅硅锭更适合进行中子辐照。
[0014] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，所述浇铸法包括步骤d准单晶：将熔融的原料以0.13℃/min～0.21℃/min的降温速率冷却至1450℃使析出的晶核生长为晶粒，并按纵向生长。精确控制浇铸法中的
温度变化速率和
坩埚内温度，从而生长出更适合中子辐照的多晶硅硅锭。
[0015] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，在步骤d之前还包括如下步骤：
[0016] a、加热：以16℃/min～17.4℃/min的升温速率将坩埚内温度加热至900℃，去除包括设备、系统、材料上的附着
水分和以分子形态
吸附着的水分；
[0017] b、
熔化：以13℃/min～17℃/min的升温速率加热至1540℃，使原料充分熔融，底部至上部形成合适的温度梯度，助于杂质从表面释放出来；
[0018] c、成核：以3℃/min～7℃/min的降温速率冷却至1455℃使底部晶核析出。
[0019] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅的生产方法中，在步骤d之后还包括如下步骤：
[0020] e、定向
凝固：以1.4℃/min～2℃/min的降温速率冷却至1418℃，使得晶粒逐渐地按纵向生长变大，并最适化纵向上的晶粒间隔；
[0021] f、
退火：以1.4℃/min～2℃/min的降温速率冷却至1300℃，再以2.5℃/min～3.06℃/min的降温速率冷却至1150℃，对晶体进行退火处理，抑制Si在晶型转变时晶格间产生扭曲；
[0022] g、冷却：将坩埚内温度冷却至350℃，取出多晶硅晶体。
[0023] 一种太阳能电池用N型多晶硅硅片，所述N型多晶硅硅片呈片状，其特征在于，所述N型多晶硅硅片表面上距离为L的两点之间的检测电阻率为检测值R，在N型多晶硅硅片表面上任意两处的上述检测值R的差值小于或者等于3％。
[0024] N型多晶硅硅片经切割、
研磨等工艺加工形成，取任意
位置处距离为L的两点，检测该两点之间的电阻率，获得检测值R1，再取另一任意位置处距离为L的两点，检测该两点之间的电阻率，获得检测值R2，两位置处取的距离L值相同，而两位置处的检测值R1和R2的差值小于或等于3％，即经过中子辐照后该N型多晶硅硅片中从Si转变为P的元素分布十分均匀，因此用该N型多晶硅硅片制得的太阳能电池片的光电转换效率集中分布在转换效率高的范围内。
[0025] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅硅片中，所述N型多晶硅硅片由柱状的N型多晶硅硅锭切割形成，所述多晶硅硅锭的端面或者外周面上任意两位置处的上述检测值R的差值小于或者等于3％。即在切割成N型多晶硅硅片之前为少子寿命较长的N型多晶硅硅锭，通过切割研磨形成N型多晶硅硅片。
[0026] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅硅片中，所述N型多晶硅硅片通过中子辐照的方法制得。
[0027] 一种太阳能电池用N型多晶硅硅锭，所述N型多晶硅硅锭为柱状的硅锭，其特征在于，所述N型多晶硅硅锭表面距离相同的任意两点之间检测的电阻率为检测值R，任意两处的上述检测值R的差值小于或等于3％。
[0028] 该N型多晶硅硅锭通过中子辐照加工形成，取任意位置处距离为L的两点，检测该两点之间的电阻率，获得检测值R1，再取另一任意位置处距离为L的两点，检测该两点之间的电阻率，获得检测值R2，两位置处取的距离L值相同，而两位置处的检测值R1和R2的差值小于或等于3％，即该N型多晶硅硅锭中从Si转变为P的元素分布十分均匀，电阻率的分布十分均匀，因此将该N型多晶硅锭通过切割、研磨获得N型多晶硅硅片后制得的太阳能电池片的光电转换效率会集中分布在转换效率高的范围内。
[0029] 在上述的太阳能电池用N型多晶硅硅锭中，所述N型多晶硅硅锭通过中子辐照的方法制得。
[0030] 与现有技术相比，本太阳能电池用N型多晶硅及其生产方法具有以下优点：
[0031] 1、由于该N型多晶硅硅片中通过中子辐照从Si转变为P的元素分布十分均匀，使得最终成品的电阻率偏差率极小，获得目标成品的产量高，且用该N型多晶硅生产的太阳能电池片的转换效率集中分布在较高的范围内，具有较高的光电转换效率。
[0032] 2、由于在多晶硅浇铸过程中精确控制温度变化速率和坩埚内温度，因此能够生产出适用于中子辐照的多晶硅硅锭，而通过中子辐照后能够转变为电阻率分布十分均匀的N型多晶硅。
[0033] 3、由于生产工艺中对多晶硅硅锭进行中子辐照，因此生产多晶硅硅锭时无需添加决定导电类型的杂质，材料的利用率较高，降低了生产成本。
[0034] 4、将核能利用于和平环保事业，有助于改善地球环境。
附图说明
[0035] 图1是太阳能电池用N型多晶硅片的立体结构示意图。
[0036] 图2是本N型多晶硅生产方法的
流程图。
[0037] 图3是多晶硅硅锭进行中子辐照时的示意图。
[0038] 图4是传统浇铸法生产多晶硅的工艺流程图。
[0039] 图5是本生产方法中浇铸法生产多晶硅的工艺流程图。
[0040] 图6是N型多晶硅硅锭的立体结构示意图。
[0041] 图中，1、N型多晶硅硅片；2、N型多晶硅硅锭。
具体实施方式
[0042] 以下是本发明的具体
实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0043] 实施例一：
[0044] 如图1、图2、图3所示，一种太阳能电池用N型多晶硅的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0045] A、备料：准备适用于浇铸的原料，其中原料可以是硅；
[0046] B、浇铸：将原料设置在坩埚内，对系统进行
真空检漏，通过浇铸法生产出具有高电阻的多晶硅硅锭，而在浇铸过程中需要精确控制坩埚内的温度以及温度变化速率，以生产出更适合中子辐照的多晶硅硅锭；
[0047] C、辐照：将多晶硅硅锭放置在镉比10以上的原子炉中进行辐照，并由多晶硅硅锭的侧部进行辐照，本实施例中辐照的时间为150个小时；
[0048] D、切割：将N型多晶硅硅锭2通过切割、研磨获得片状的N型多晶硅硅片1。
[0049] 具体来说，目前生产多晶硅的浇铸法如图4所示，包括熔化、结晶、退火和冷却工序，由于时间控制不精准，生产的多晶硅通过中子辐照后获得的N型多晶硅的电阻率的差值较大，最终可用于制造优质太阳能电池片的N型多晶硅硅片的数量较少，基本只有三分之一可利用，为了更适合中子辐照，提高最终可用于制造高转换效率的太阳能电池片的材料利用率，在浇铸过程中需要多晶硅中晶粒全部生长变大，并使尽可能多的晶粒按照竖直方向统一生长，为此如图5所示，本生产方法中的浇铸法包括以下步骤：
[0050] a、加热：以16.7℃/min的升温速率将坩埚内温度加热至900℃，去除包括设备、系统、材料上的附着水分和以分子形态吸附着的水分；
[0051] b、熔化：以15℃/min的升温速率加热至1540℃，使原料充分熔融，底部至上部形成合适的温度梯度，助于杂质从表面释放出来；
[0052] c、成核：以5℃/min的降温速率冷却至1455℃使底部晶核析出；
[0053] d、准单晶：将熔融的原料以0.17℃/min的降温速率冷却至1450℃使析出的晶核生长为晶粒，并按纵向生长；
[0054] e、定向凝固：以1.7℃/min的降温速率冷却至1418℃，使得晶粒逐渐地按纵向生长变大，并最适化纵向上的晶粒间隔；
[0055] f、退火：以1.7℃/min的降温速率冷却至1300℃，再以2.83℃/min的降温速率冷却至1150℃，对晶体进行退火处理，抑制Si在晶型转变时晶格间产生扭曲；
[0056] g、冷却：将坩埚内温度冷却至350℃，取出多晶硅晶体。
[0057] 本浇铸法生产的多晶硅经中子辐照工序后获得N型多晶硅硅片1，能够获得因分凝系数导致的电阻率不良为零这样的巨大效果，因此制成的太阳能电池片的光电转换效率能够集中分布在较高区域，具有较高的光电转换效率。如下对比例所示，将多晶硅硅锭横向切割6刀，纵向切割6刀，获得如图6所示的36个柱状多晶硅硅锭，用罗
马数字标注行数，用英文字母标注列数，将多晶硅硅锭进行光电转换效率检测，获得如下数据：
[0058] 传统生产方法生产的N型多晶硅的光电转换效率：
[0059]
[0060] 采用本实施例中生产方法生产的N型多晶硅的最大少子寿命分布表(us)：
[0061] 1 2 3 4 5 6
A 119.63 117.9 105.48 119.22 73.305 6.091
B 110.67 103.22 109.31 118.97 66.323 91.363
C 68.213 108.83 79.772 90.281 92.541 80.406
D 105.22 104.66 29.349 117.96 100.18 94.707
E 114.24 114.24 10.097 70.681 7.629 111.82
F 94.836 68.832 110.87 27.058 75.805 103.21
[0062] 对于多晶硅硅锭,少子就是
电子,当一定
波长的光照射多晶硅硅锭后,多晶硅硅锭内就会出现电子-空穴对的分离,作为少数载流子的电子由于数量较少,在扩散过程中就会逐渐被复合掉,从产生到复合的时间即为少子寿命，作为本领域技术人员，通过上述对比例可知，用传统N型多晶硅制成的太阳能电池片的光电转换效率大致为17.5％～18.5％，而采用本实施例中的生产方法生产的N型多晶硅硅制得的太阳能电池片的光电转换效率大致为19％～21％。
[0063] 如图6所示，一种太阳能电池用N型多晶硅硅锭，该N型多晶硅硅锭2呈柱状，N型多晶硅硅锭2的端面或者侧面上距离为L的两点之间的电阻率为检测值R，任意两位置处检测值R的差值小于3％。
[0064] 如图1所示，一种太阳能电池用N型多晶硅硅片，该N型多晶硅硅片1呈片状，由柱状的N型多晶硅硅锭2切割形成，该片状的N型多晶硅硅片1表面上距离为L的两点之间的电阻率为检测值R，任意两位置处检测值R的差值也小于3％。
[0065] 实施例二：
[0066] 该太阳能电池用N型多晶硅的生产方法与实施例一基本相同，不同点在于使用不添加决定导电类型的杂质且具有高电阻的多晶硅作为浇铸的原料。
[0067] 实施例三：
[0068] 该太阳能电池用N型多晶硅的生产方法与实施例一基本相同，不同点在于使用单晶硅生产时产生的不良品作为浇铸的原料。
[0069] 实施例四：
[0070] 该太阳能电池用N型多晶硅的生产方法与实施例一基本相同，不同点在于使用多晶硅加工过程中破损的多晶硅硅片作为浇铸的原料。
[0071] 实施例五：
[0072] 该太阳能电池用N型多晶硅的生产方法与实施例一基本相同，不同点在于使用硅、不添加导电类型杂质并具有高电阻的多晶硅、单晶硅生产时产生的不良品或者多晶硅加工过程中破损的多晶硅硅片中的多种混合物作为浇铸的原料。
[0073] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
[0074] 尽管本文较多地使用了N型多晶硅硅片1、N型多晶硅硅锭2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
