專(zhuān)利名稱：提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法。
背景技術(shù)：
在晶體的生長(zhǎng)過(guò)程中，由于熱應(yīng)力和雜質(zhì)等因素的共同作用，不可避免地會(huì)出現(xiàn)空位、位錯(cuò)、晶界等微缺陷。這類(lèi)微缺陷具有不同于完美晶體周期性結(jié)構(gòu)的原子排列方式， 作為活性中心而顯著影響著晶體的電、光、磁、熱等物理性能。因此有針對(duì)性地減少甚至消除微缺陷是晶體生長(zhǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)。熱等靜壓技術(shù)是一種采用氣體在適當(dāng)高溫下對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行均勻加壓的技術(shù)。當(dāng)爐膛溫度達(dá)到燒結(jié)體晶粒的軟化溫度(熔點(diǎn)的75 95%)而又低于其熔點(diǎn)時(shí)，原子的活性較高，擴(kuò)散速率加快。此時(shí)對(duì)燒結(jié)體施以惰性氣體(或混有燒結(jié)體材料本身的蒸汽)加壓，外來(lái)壓力會(huì)驅(qū)使不規(guī)則排列原子的擴(kuò)散，達(dá)到快速降低晶體微缺陷的目的。日本株式會(huì)社神戶制鋼所在所申請(qǐng)的日本專(zhuān)利(P2001-158700A)中提出，采用熱等靜壓技術(shù)對(duì)單晶體或純度不低于99. 999999999%的多晶體進(jìn)行熱處理，期望通過(guò)該方式來(lái)消除晶體微缺陷。日本的Mitsubishi Materials Silicon Corporation又在美國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利(US 6447600B1)中針對(duì)單晶體提出采用熱等靜壓來(lái)降低晶體微缺陷。上述兩項(xiàng)專(zhuān)利主要都是針對(duì)單晶體(如GaAs、InP, ZnS, Si等)，但單晶體的微缺陷濃度相對(duì)于多晶體存在數(shù)量級(jí)的差異，微缺陷對(duì)多晶體性能的影響要遠(yuǎn)高于對(duì)單晶體的影響，因此，降低多晶體的微缺陷在實(shí)際生產(chǎn)中將發(fā)揮更重要的意義。雖然在專(zhuān)利P2001 -158700A中亦提到對(duì)多晶體的熱處理，但對(duì)多晶體的純度限制在不低于 99. 999999999%的高純量級(jí)。近年來(lái)，多晶硅光伏電池得到了迅猛發(fā)展，采用廉價(jià)的低純度冶金級(jí)硅(6N 8N) 所制備的光伏電池轉(zhuǎn)換效率亦達(dá)到了 15 17%，該種多晶硅中由于存在點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、晶界等大量微缺陷，作為少子復(fù)合中心而限制了轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。因此，針對(duì)制備光伏電池用的多晶硅的熱等靜壓處理技術(shù)，將會(huì)顯著提高晶體的少子壽命，從而提升轉(zhuǎn)換效率， 并同時(shí)降低光伏發(fā)電成本，對(duì)光伏領(lǐng)域的高效化、低成本化意義重大。多晶硅光伏電池對(duì)雜質(zhì)非常敏感，因此傳統(tǒng)的石墨發(fā)熱體可能會(huì)因?yàn)闈B碳等原因而導(dǎo)致熱處理的多晶硅中碳含量偏高，造成晶體的污染。針對(duì)此種弊端，本發(fā)明特提出兩種方案來(lái)解決。一是采用高熔點(diǎn)的惰性金屬如鉭箔來(lái)包裹多晶硅晶體；二是更改石墨發(fā)熱體為MoSi2等其它惰性發(fā)熱體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種降低晶體硅微缺陷從而提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法，采用的熱等靜壓處理手段能有效減少晶體硅中的微缺陷含量，延長(zhǎng)少子復(fù)合壽命， 提高光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法，包括以下步驟1)將需要進(jìn)行處理的多晶硅基材料置于熱等靜壓爐爐腔中，爐腔發(fā)熱體為石墨、 鉬、鉭或二硅化鉬；2)向抽取真空的爐腔中通入惰性氣體，使?fàn)t腔內(nèi)惰性氣體的濃度達(dá)到99. 999% 以上；3)加熱爐腔，以0. 1 30°C /分鐘的速率使其升溫至900 1380°C，并在該溫度下保溫0. 1 10小時(shí)，爐腔壓力為0. 5 250MPa ；4)以10 50°C /分鐘的速率冷卻至室溫，爐腔壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔， 取出多晶硅基材料。所述的步驟2)中通入的惰性氣體為氬氣或氮?dú)?，所述的多晶硅基材料為多晶硅硅錠、多晶硅硅片或多晶硅電池片。通過(guò)上述方法處理過(guò)的多晶硅基材料，其微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)在硅基材料的微缺陷含量得到大幅度的降低。如位錯(cuò)濃度從IO5個(gè)/cm2降低至IO4個(gè)/cm2量級(jí)，晶界濃度從3 10cm/cm2 減少至 0. 5 lcm/cm2。通過(guò)上述方法處理過(guò)的晶體硅基材料，其性能特征表現(xiàn)在硅基材料的少子壽命得到大幅度提高。如裸硅片的少子壽命從1 3 μ s提高至7 10 μ S，多晶硅電池片的少子壽命從15 20 μ S提高至30 40 μ S。注少子壽命在semiIab公司生產(chǎn)的wt_2000上采用同一注入濃度測(cè)試。通過(guò)上述方法處理過(guò)的多晶硅基材料，其性能特征表現(xiàn)在電池片或由其采用相同方法制備的電池片的光電轉(zhuǎn)換效率得到大幅度提升。如多晶硅電池片的光電轉(zhuǎn)換效率由 16. 8%提高至17. 5%，單晶硅電池片的光電轉(zhuǎn)換效率由18.0%提高至18.5%。通過(guò)上述方法處理過(guò)的晶體硅基材料，其應(yīng)用特征表現(xiàn)在硅片或電池片的切割、 擴(kuò)散、印刷、燒結(jié)過(guò)程中，良率得到了提高。如硅錠切割的良率由68%提高至72%。本發(fā)明的有益效果是采用本方法后多晶硅的少子壽命得到提高，多晶硅的微缺陷含量得到大幅度降低。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將鑄錠多晶硅硅錠置于熱等靜壓爐爐腔中，通入高純氬氣，經(jīng)過(guò)多次的抽取真空和洗氣后使得爐腔內(nèi)氬氣濃度大于99. 995%。爐腔以0. I0C /分鐘的速率升溫至1380°C， 在該溫度下保溫0. 1小時(shí)，爐腔壓力為250MPa。隨后以50°C /分鐘的速率冷卻至室溫，壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔，取出鑄錠多晶硅硅錠。經(jīng)過(guò)上述熱處理前，鑄錠多晶硅硅錠的少子壽命為0.5 μ S，熱處理后提升至 Llys0實(shí)施例2將厚度為180 μ m的鑄錠多晶硅硅片置于熱等靜壓爐爐腔中，硅片上下用拋光鉭箔包裹。通入高純氮?dú)猓?jīng)過(guò)多次的抽取真空和洗氣后使得爐腔內(nèi)氮?dú)鉂舛却笥?9. 99%。 爐腔以5°C /分鐘的速率升溫至1300°C，在該溫度下保溫1小時(shí)，爐腔壓力為200MPa。隨后以40°C /分鐘的速率冷卻至室溫，壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔，取出由鉭箔包裹的硅片。經(jīng)過(guò)上述 熱處理前，硅片的位錯(cuò)密度從IO5CnT2數(shù)量級(jí)，熱處理后降至IO4CnT2數(shù)量級(jí)。實(shí)施例3將鑄錠多晶硅電池片置于熱等靜壓爐爐腔中，硅片上下用拋光鉭箔包裹，爐腔內(nèi)發(fā)熱體為MoSi2。通入高純氮?dú)?，?jīng)過(guò)多次的抽取真空和洗氣后使得爐腔內(nèi)氮?dú)鉂舛却笥?99. 999%。爐腔以50°C /分鐘的速率升溫至1200°C，在該溫度下保溫10小時(shí)，爐腔壓力為 0. 5MPa。隨后以10°C /分鐘的速率冷卻至室溫，壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔，取出由鉭箔包裹的電池片。經(jīng)過(guò)上述熱處理前，電池片的轉(zhuǎn)換效率為16. 5%，熱處理后提升至17. 3%。以上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于包括以下步驟1)將需要進(jìn)行處理的多晶硅基材料置于熱等靜壓爐爐腔中，爐腔發(fā)熱體為石墨、鉬、鉭或二硅化鉬；2)向抽取真空的爐腔中通入惰性氣體，使?fàn)t腔內(nèi)惰性氣體的濃度達(dá)到99.999%以上；3)加熱爐腔，以0.1 30°C /分鐘的速率使其升溫至900 1380°C，并在該溫度下保溫0. 1 10小時(shí)，爐腔壓力為0. 5 250MPa ；4)以10 50°C/分鐘的速率冷卻至室溫，爐腔壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔，取出多晶硅基材料。
2.如權(quán)利要求1所述的提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于所述的步驟2)中通入的惰性氣體為氬氣或氮?dú)狻?br> 3.如權(quán)利要求1所述的提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于所述的多晶硅基材料為多晶硅硅錠、多晶硅硅片或多晶硅電池片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的方法，包括以下步驟1)將需要進(jìn)行處理的多晶硅基材料置于熱等靜壓爐爐腔中，爐腔發(fā)熱體為石墨、鉬、鉭或二硅化鉬；2)向抽取真空的爐腔中通入惰性氣體，使?fàn)t腔內(nèi)惰性氣體的濃度達(dá)到99.999％以上；3)加熱爐腔，以0.1～30℃/分鐘的速率使其升溫至900～1380℃，并在該溫度下保溫0.1～10小時(shí)，爐腔壓力為0.5～250MPa；4)以10～50℃/分鐘的速率冷卻至室溫，爐腔壓力逐漸減小至大氣壓，開(kāi)爐腔，取出多晶硅基材料。采用本方法后多晶硅的少子壽命得到提高，多晶硅的微缺陷含量得到大幅度降低，由此制備的光伏電池轉(zhuǎn)換效率得到提升。
文檔編號(hào)C30B33/00GK102220642SQ20111011168
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月30日
發(fā)明者付少永, 劉振淮, 張弛, 熊震, 黃強(qiáng), 黃振飛 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司