技术领域
[0001] 本
发明属于
太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种提高铸造
单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法
背景技术
[0002] 目前，利用铸造法生产太阳能用单晶硅的方法受到了越来越多的关注。铸造单晶硅具有直拉单晶硅低
缺陷高的优点，并且可以通过
碱制绒的方法形成金字塔型的织构，提高对光的吸收，从而提高转化效率；同时，铸造单晶硅也具有铸造
多晶硅生产成本低，产量高的优点。因此，铸造单晶硅继承了直拉单晶硅和铸造单晶硅的优点，克服了两个各有的缺点，成为降低
太阳能电池生产成本的重要途径。但是，铸造单晶硅也存在铸锭成品率低，底部少子寿命偏低的缺点，同时
硅片中缺陷
密度(隐晶、位错等)偏高，使得漏
电流较高，转换效率偏低，这成为制约铸造单晶硅大规模推广的
瓶颈之一。
发明内容
[0003] 针对以上问题，本发明提供了一种提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，所述方法可以使铸造单晶硅的铸锭成品率提高1个百分点，并提高制成的太阳能电池片的光电转换效率0.2-0.5个百分点。
[0004] 在单晶籽晶的切割制备工程中，会在籽晶的表面形成一定深度的损伤层和
应变层，在铸造单晶硅制备过程中，
熔化时
坩埚底部的高温会使籽晶的损伤层和应变层中的应
力释放，产生大量的缺陷进入籽晶内部。在这些籽晶的
基础上长出的单晶硅中，缺陷密度很高，这些位错会降低硅锭的少子寿命，特别是硅锭的底部，高密度的位错使硅锭的少子寿命不合格区域明显增加。由此生产的太阳能电池片光电转换效率较低。
[0005] 本发明通过下列技术方案解决上述问题：提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，该方法包括通过化学和/或物理方法去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤。去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤能够减少高温过程中在由于
应力释放在籽晶中引入大量位错，从而减少铸造单晶硅中的位错密度。
[0006] 根据本发明的一个优选实施方式，所述化学和/或物理方法包括酸
腐蚀、碱腐蚀，机械
抛光或其组合。
[0007] 根据本发明的一个优选实施方式，所述酸为
氢氟酸和
硝酸的混合溶液。根据本发明的一个更加优选实施方式，所述氢氟酸和硝酸的混合比为1∶3至1∶20，此处提到酸配比是按照氢氟酸浓度49％，硝酸浓度69％计算的。
[0008] 根据本发明的一个优选实施方式，所述碱为氢
氧化钠或氢氧化
钾。
[0009] 根据本发明，术语“机械抛光”意指使用抛光工具
研磨晶体表面，例如磨去晶体表面一定的厚度，使晶体表面光滑平整；机械抛光通常和化学方法结合使用，例如，在机械抛光同时加入化学腐蚀
试剂。
[0010] 本发明方法通过去除了单晶籽晶表面的损伤层和应变层，大大降低铸造单晶硅中的缺陷密度，从而提高硅锭的少子寿命，减少底部少子寿命不合格区域，可以将现有的铸锭成品率提高约1个百分点以上，达到或超过现有铸造多晶硅的铸锭成品率。利用这些低缺陷密度的硅片制成的太阳能电池的光电转换效率能提升0.2-0.5个百分点。
附图说明
[0011] 图1中(a)是未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片的电致发光(EL)照片，(b)是
实施例1所制成电池片的电致发光(EL)照片。
具体实施方式
[0012] 以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于这些实施方式。
[0013] 其中，XRD是通过检测
X射线衍射峰的半高宽，可以得到晶格结构的完整性，半高宽越小，峰越尖锐，晶格结构越完整。光学
显微镜观察前需对晶体进行腐蚀，通过目测观察晶体表面的腐蚀坑，缺陷部分的化学腐蚀速度明显快于晶格完整部分。
[0014] 铸锭成品率是合格区域所占硅锭整体的比例；电池片转换效率是单位面积可转换的
电能与入射太阳光
能量的比例。
[0015] 位错密度降低的证据以及检测方法如下：对于硅片，可通过
光学显微镜直接观察腐蚀坑进行检测，腐蚀坑多说明其缺陷密度大；对于电池片，可通过电致发光(EL)对电池片进行检测，暗区部分即为位错缺陷区域，通常对暗区面积进行统计，暗区面积越大说明其缺陷密度大。
[0016] EL的测试原理：对太阳能电池/组件加载
电压后，使之发光，再利用
近红外相机摄取其发光影像，因电致发光
亮度正比于少子扩散长度，缺陷处因具有较低的少子扩散长度而发出较弱的光，从而形成较暗的影像。
[0017] 实施例1
[0018] 将使用带锯截断后的单晶放入HF∶HNO3＝1∶3(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅
块表面去除约140um，经过X射线衍射(XRD)(SHIMADZU XRD-7000S/L)测试，发现衍射峰的半高宽变小，显示硅块表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过
微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命合格区域增加了2.3cm，铸锭成品率与不去除损伤层的籽晶铸造
单晶硅锭相比提高近2个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.5个百分点，同时将该电池片进行电致
荧光(EL)(BT LIS-R1型)测试，发现电池片的暗区面积，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，减少了60％。
[0019] 实施例2
[0020] 将使用线锯截断后的单晶放入HF∶HNO3＝1∶10(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅块表面去除约90um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将经过处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了2.5cm，铸锭成品率提高了2.3个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.6个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了70％。
[0021] 实施例3
[0022] 将使用线锯截断后的单晶放入HF∶HNO3＝1∶20(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅块表面去除约70um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将经过处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了1.5cm，铸锭成品率提高了1个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.3个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了50％。
[0023] 实施例4
[0024] 将使用线锯截断后的单晶放入30％的氢氧化钠溶液中腐蚀5min。经过测量，硅块表面去除约60um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了1.3cm，铸锭成品率提高近0.9个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.25个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了45％。。
[0025] 实施例5
[0026] 使用线锯截断单晶，先使用
抛光布抛光处理3min，再将硅块放入HF∶HNO3＝1∶10的溶液中腐蚀5min。经过测量，硅块表面去除约110um，经过化学腐蚀后，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。使用微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了2.7cm，铸锭成品率提高2.5个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.7个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了75％。
[0027] 实施例6
[0028] 使用线锯截断单晶，先使用抛光布抛光处理10min。使用X射线衍射方法检测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。使用微波光电导衰减仪对硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了1cm，铸锭成品率提高0.6个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.15个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了35％。
