一種鎵鍺硼共摻多晶硅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種鎵鍺硼共摻多晶硅及其制備方法，屬于半導(dǎo)體材料制作技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前太陽能電池所用原料以晶體硅為主，其中，通過直拉法制備的單晶硅具有電池轉(zhuǎn)換率高的優(yōu)點，但是其操作復(fù)雜且成本偏高。此外，在直拉過程中摻入的氧使得單晶硅電池的光致衰減比較明顯。多晶硅鑄錠有操作簡便，成本較低的優(yōu)點，但是，多晶硅存在光電效率偏低的缺點；同時，無論是單晶硅還是多晶硅，都存在材料的機械強度有待提高的技術(shù)問題。
[0003]通過摻雜技術(shù)優(yōu)化硅片質(zhì)量，克服硅片缺陷是目前較為有效的解決方案。為此，人們進行了各種各樣的嘗試和改進，設(shè)計出各種硅片摻雜優(yōu)化的技術(shù)方案。
[0004]如在申請為201310249116.4，名稱為“硼-鎵共摻高效多晶硅及其制備方法”的中國發(fā)明專利申請文件中公開了一種硼鎵共摻多晶硅的制備方法，含有濃度為1*1015~2*1016atoms/cm3的硼或磷，還含有濃度為1*10 16~2*101S atoms/cm3的鎵。這種制備方法有效地降低了產(chǎn)品多晶硅片的光致衰減，但對于多晶硅電池片機械強度低的問題并沒有解決方案。又如:在申請?zhí)枮?01410205422.2，名稱為“一種摻鎵多晶硅錠及其制備方法”的中國發(fā)明專利申請文件中公開了一種摻鎵多晶硅的制備方法，含有5~7ppm金屬鎵，有效地減少了由于摻硼造成的光致衰減率高的問題。但是單一摻鎵的成本明顯較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中通過摻雜提高硅片質(zhì)量中存在的上述技術(shù)問題，提供一種鎵硼鍺共摻多晶硅及其制備方法，降低太陽電池光致衰減，提高硅片的機械強度。
[0006]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種鎵硼鍺共摻多晶硅，其特征在于:在多晶硅中摻雜有鎵、硼、鍺三種元素，該三種元素在單晶硅中最終的原子體積濃度分別為:1.02*115-1.02*1017atoms/cm3，硼元素
1015-1017atoms/cm3，鍺元素 1016_2*1019atoms/cm3。
[0007]同時，本發(fā)明還公開了一種制備上述鎵硼鍺共摻多晶硅的方法，包括如下步驟:
S1:將籽晶鋪設(shè)在坩禍底部，在上面添加硅原料、含硼料、含鎵料與含鍺料；
52:將裝有上述原料的坩禍放入鑄錠爐，同時打開鑄錠爐的隔熱籠，抽真空加熱，使融化的硅料沿底部籽晶界面處開始凝固長晶，控制溫度梯度，定向凝固生成硼鎵鍺共摻多晶娃錠;
53:將步驟S2中獲得的多單晶硅錠經(jīng)后續(xù)處理加工成多晶硅，用于電池片制作。
[0008]進一步地，步驟SI中所述的籽晶為娃原料的頭尾料、娃片料和粒料中的一種或多種，或為高熔點硅化合物的一種或幾種，或為硅原料與硅化合物的混合物。在此處，高熔點硅化合物是指石英砂、碳化硅等熔點大于硅的硅化合物，硅原料指的是純硅原料。
[0009]進一步地，步驟SI中，硅原料純度應(yīng)為6N及以上，所述含硼料選用5N純度以上的高純單質(zhì)、含鎵料選用6N純度以上的高純單質(zhì)、含鍺料選用4N純度以上的高純單質(zhì)，或者含有上述單質(zhì)的高純化合物；所述含硼料、含鎵料和含鍺料的用量按照每立方厘米成品單晶娃材料中的原子個數(shù)稱取，即鎵元素1.02*1015-1.02*1017atoms/cm3,硼元素1*1015_1*1017 atoms/cm3,鍺元素 l*1016_2*1019atoms/cm3。
[0010]進一步地，所述高純化合物為鎵硅合金、硼硅合金、鍺硅合金、鎵硼合金、鎵鍺合金、鍺鎵合金、鎵硼鍺合金或鎵硼鍺硅合金。
[0011]進一步地，步驟S2中控制加熱器溫度在1500°C以上，并控制坩禍底部的最高溫度低于1400°C，使籽晶部分熔化，控制底部升溫速率。
[0012]進一步地，步驟S3中當(dāng)籽晶的厚度剩余5~15mm時，控制鑄錠爐的加熱器分段降溫，調(diào)節(jié)固液相的溫度梯度，保持鑄錠爐內(nèi)溫度在1420~1450°C之間，并打開鑄錠爐內(nèi)的散熱裝置，使硅晶體從籽晶熔化界面開始生長，將鑄錠爐內(nèi)的隔熱裝置以0.3-0.8cm/h速率打開，使硅晶體從底部實現(xiàn)定向生長，冷卻定向凝固生成硼鎵鍺共摻多晶硅錠。
[0013]進一步地，步驟S3中所述后續(xù)處理包括開方，去頭尾，研磨，倒角和切片工序。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明中的硼鎵鍺共摻多晶硅可用于制造高效率的太陽能電池片，由于硅晶體中硼鎵共摻的作用，很大程度上降低或避免了硼氧復(fù)合體的產(chǎn)生，降低了電池的光致衰減，且金屬鍺的摻入顯著提高了電池片的機械強度，是高效率太陽能電池的理想材料；同時，本發(fā)明提供的硼鎵鍺共摻多晶硅的制備方法簡便，易操作，成本低可規(guī)?；a(chǎn)。
【具體實施方式】
[0015]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
[0016]本發(fā)明的鎵硼鍺共摻多晶硅，在多晶硅中摻雜有鎵、硼、鍺三種元素，該三種元素在單晶硅中最終的原子體積濃度分別為:1.02*1015-1.02*10natoms/cm3，硼元素
1015-1017atoms/cm3，鍺元素1016_2*1019atoms/cm3。
[0017]本發(fā)明的另一方面，提供一種制備上述鎵硼鍺共摻多晶硅的方法，具體實施例如下:
實施例1:
將硅片作為籽晶鋪設(shè)在石英坩禍底部，在其上面放置硅原料，硼硅合金、金屬鎵和金屬鍺，其中，金屬鎵、金屬鍺和硼硅合金的用量按照每立方厘米成品多晶硅材料中的原子個數(shù)稱取，即鎵元素 1.02*1015-1.02*1017atoms/cm3，硼元素 1015_1017atoms/cm3，鍺元素
1016-2*1019atoms/cm3。在本實施例中，取70g硼娃合金，2.5g金屬鎵與230mg金屬鍺，余量為硅原料，共計430kg，其中，籽晶為硅原料的頭尾料，硅原料的純度多6N。
[0018]將裝好料的坩禍放入鑄錠爐內(nèi)，抽真空加熱，控制加熱器功率使?fàn)t內(nèi)溫度升高至1550°C，當(dāng)硅料熔化至剩余高度約為18mm時進入長晶階段。長晶初期，將溫度降低至1430°C，然后打開隔熱籠，使硅晶體從籽晶熔化界面處首先凝固長晶。長晶中后期，以1.2°C /h的降溫速率控制加熱器溫度，以平均0.5cm/h的速度打開隔熱籠使硅晶體定向凝固生長。退火冷卻后得到晶體中硼的濃度為9.2*1015-9*1016 atoms/cm3，鎵的濃度為9.2*1015-9*1016 atoms/cm3，鍺的濃度為l*1016-l*1015atoms/cm3，制得硼鎵鍺共摻的多晶娃錠。
[0019]硅錠經(jīng)開方，切段，去頭尾，研磨，倒角，切片和電池片制作后，平均效率達17.7%，在輻照量為60 kWh/m2下，光致衰減率不大于1%。
[0020]實施例2:
將硅片作為籽晶鋪設(shè)在石英坩禍底部，在其上面放置硅原料，硼硅合金、金屬鎵和金屬鍺，其中，金屬鎵、金屬鍺和