CN102828243B - 太阳能电池用锗锡共掺单晶硅及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，在单晶硅中的三种杂质原子体积浓度分别为：电活性杂质为1013～1021atoms/cm3、锗为1016～1019atoms/cm3、锡为1013～1016atoms/cm3。本发明还公开了上述太阳能电池用锗锡共掺单晶硅的制备方法，在太阳能级多晶硅原料中同时掺入电活性杂质、锗、锡，通过常规CZ法制得单晶硅，单晶硅中的上述三种杂质的最终原子体积浓度分别为上述的数值，即成。本发明方法制备的单晶硅，对日光转换效率更好，光衰更小。

Description

太阳能电池用锗锡共掺单晶硅及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能单晶硅生产技术领域，涉及一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，本发明还涉及该种锗锡共掺单晶硅的制备方法。
背景技术
太阳能电池可以直接将光能转化为电能，是一种可以有效利用太阳能的方式，也是重要的可再生清洁能源。近十年来，在快速发展的光伏产业中，高效率及低成本一直是两个主要竞争点，晶体硅作为当前最主要的太阳能电池材料，凭借其电池的高效稳定一直占据着光伏市场的大部分份额。
目前限制单晶硅太阳电池大规模应用的主要障碍仍然是其较高的成本，现有单晶硅中的原生微缺陷以及硼氧复合体的形成是主要的技术问题，所以不断提高单晶硅太阳能电池的转换效率并降低成本，一直是工业界和研究界不断努力的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，解决了现有技术中单晶硅太阳电池的转换效率低、制作成本高的问题。
本发明的另一目的是提供该种锗锡共掺单晶硅的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，该单晶硅中掺杂有三种杂质，该三种杂质原子体积浓度分别是：电活性杂质为1013～1021atoms/cm3，锗为1016～1019atoms/cm3，锡为1013～1016atoms/cm3。
本发明所采用的另一技术方案是，一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅的制备方法，按照以下步骤实施：
在太阳能级多晶硅原料中同时掺入质量浓度为10ppbw~1%的电活性杂质、10ppmw~0.5%的锗、10ppbw~10ppmw的锡，通过常规CZ法制得单晶硅，单晶硅中的上述三种杂质的最终原子体积浓度分别为：电性杂质为1013～1021atoms/cm3、锗为1016～1019atoms/cm3、锡为1013～1016atoms/cm3，即成。
本发明的有益效果是：
1）该方法工艺简单，制作成本低，不会影响硅材料的电学性质。
2）锗、锡原子直径大于硅原子直径且以替位形式存在于单晶硅中，它们进入晶体格点后可以有效抑制空位点缺陷的形成，从而降低单晶硅中由空位点缺陷衍生的微缺陷浓度。
3）在单晶硅中锗、锡元素可以与氧元素相互作用形成复合体，降低间隙氧浓度。锗、锡元素还可以提高硼氧复合体的形成能，从而降低单晶太阳能电池的光致转换效率衰减的比率。
具体实施方式
本发明的太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，在单晶硅中的三种杂质最终的原子体积浓度分别为：电活性杂质为1013～1021atoms/cm3，锗为1016～1019atoms/cm3，锡为1013～1016atoms/cm3。
所述的电活性杂质选用磷、硼、砷、锑或镓之一；所述的锗、锡，均选用5N纯度以上的高纯单质，或是高纯含锗、锡元素的化合物。
本发明的太阳能电池用掺锗锡直拉单晶硅的制备方法，按照以下步骤实施：
在太阳能级多晶硅原料中同时掺入质量浓度为10ppbw~1%的电活性杂质、10ppmw~0.5%的锗、10ppbw~10ppmw的锡，通过常规CZ法制得单晶硅，单晶硅中的上述三种杂质的最终原子体积浓度分别为：电性杂质为1013～1021atoms/cm3、锗为1016～1019atoms/cm3、锡为1013～1016atoms/cm3，即成。
本发明的太阳能电池用掺锗锡直拉单晶硅，由于锗、锡元素与硅元素同为四族元素，所以不会影响硅材料的电学性质，同时锗、锡能够抑制单晶硅中原生微缺陷的产生，以及与直拉单晶硅中氧元素相互作用，能够有效的提高单晶硅的品质。
实施例
选取单晶硅棒A、B、C、D、E和F，其中单晶硅C、D、E和F为本发明的单晶硅棒，各个晶棒杂质浓度如下：
单晶硅棒A为常规CZ法制得P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
单晶硅棒B为利用CZ法制得含有100ppmw锗的P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
单晶硅棒C为利用CZ法制得含有100ppmw锗，100ppbw锡的P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
单晶硅棒D为利用CZ法制得含有200ppmw锗，50ppbw锡的P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
单晶硅棒E为利用CZ法制得含1000ppmw锗，100ppbw锡的P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
单晶硅棒F为利用CZ法制得含500ppmw锗，1ppmw锡的P型单晶硅，硼浓度在60ppbw；
分别将单晶硅棒A、B、C、D、E和F进行切片后，利用WT2000少子寿命测试仪进行少子寿命测量，选取部分硅片利用三点压法进行机械性能测试，利用太阳能电池特性测试仪进行转换效率检测，并在日光下对其光衰进行测量，获得以下数据，见表1：
表1.单晶硅棒A、B、C、D、E和F太阳能电池特性测试数值对比
从表中的数值对比可见，本发明制备的单晶硅产品，其平均少子寿命更长，断裂强度更高，其太阳能电池对日光的转换效率更高，光衰更小。

Claims (4)

1.一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅，其特征在于：单晶硅中掺杂有三种杂质，该三种杂质在单晶硅中最终的原子体积浓度分别为：电活性杂质为1013～1021atoms/cm3，锗为1016～1019atoms/cm3，锡为1013～1016atoms/cm3；
所述的电活性杂质选用磷、硼、砷、锑或镓；
所述的锗、锡，均选用5N纯度以上的高纯单质，或是高纯含锗、锡元素的化合物。
2.一种太阳能电池用锗锡共掺单晶硅的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
在太阳能级多晶硅原料中同时掺入质量浓度为10ppbw～1％的电活性杂质、10ppmw～0.5％的锗、10ppbw～10ppmw的锡，通过常规CZ法制得单晶硅，单晶硅中的上述三种杂质的最终原子体积浓度分别为：电性杂质为1013～1021atoms/cm3，锗为1016～1019atoms/cm3，锡为1013～1016atoms/cm3，即成。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池用锗锡共掺单晶硅制备方法，其特征在于：所述的电活性杂质选用磷、硼、砷、锑或镓。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池用锗锡共掺单晶硅制备方法，其特征在于：所述的锗、锡，均选用5N纯度以上的高纯单质，或是高纯含锗、锡元素的化合物。
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