晶体硅及其制备方法
【专利摘要】本发明的晶体硅材料包括硅、镓及镧系稀土元素X，所述镧系稀土元素X的浓度为1010～1016原子每立方厘米。利用如上所述的晶体硅制造的太阳能电池，对电学性能有帮助。本发明还提供如上所述的晶体硅的制备方法。本发明的晶体硅材料掺杂镓以减少光衰、并利用硼元素调节电阻率分布，提高产率及品质。并且，掺杂的镧系稀土元素X通过下转换作用，能够有效的提高硅材料对紫外波段光的利用率，利用该晶体制得的太阳能电池显著提高了转换效率。
【专利说明】
晶体娃及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于单晶硅制造技术领域，涉及一种掺杂晶体硅及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，许多发达国家越来越重视对可再 生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究。作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源， 在新世纪中，各国政府都将太阳能的利用作为国家可持续发展战略的重要内容。晶体硅作 为一种常用的太阳能电池基础材料，其品质直接关系到太阳能电池的转换效率及使用寿 命。为解决常用硼掺杂P型晶体硅电池存在衰减较大的问题，出现以镓代替硅的技术。然而， 受镓元素分凝系数的影响，制得的晶体硅材料电阻率分布宽，电阻率不合格品所占比例较 大。另外，现有的晶体硅太阳能电池对光的利用率低，仍存在较大的改进空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供并提高电池转换效率的晶体硅材料，并提供一种能提升晶体 娃广率及品质的、该晶体娃材料的制备方法。
[0004] 本发明的具体技术解决方案如下：
[0005] 该晶体硅包括硅、硼、镓及浓度为101()~1017原子每立方厘米的镧系稀土元素 X。
[0006] 上述镧系稀土元素 X为镧、铺、钕任意一种或多种的组合，或为镧、镧的氧化物、铺、 铈的氧化物、钕、钕的氧化物任意一种或多种的组合，或为镧、镧的化合物、铈、铈的化合物、 钕、钕的化合物任意一种或多种的组合。
[0007] 上述镓的浓度为1 X 1015~5 X 1017原子每立方厘米，所述硼的浓度为1 X 1014~1 X 1〇16原子每立方厘米。
[0008] 制备上述晶体硅的方法包括步骤：
[0009] 1】取太阳能级多晶娃原料，在所述太阳能级多晶娃原料中加入一定量的镓、一定 量的硼以及浓度为1 〇1()~1 〇17的镧系稀土元素 X，制得单晶硅或多晶硅，所述单晶硅或多晶 硅中稀土元素的浓度为101Q~1017;
[0010] 2】将经步骤1制备的单晶硅或多晶硅在700 °C~1000 °C进行退火处理。
[0011] 本发明的优点：
[0012] 本发明的晶体硅材料掺杂镓以减少光衰、并利用硼元素调节电阻率分布，提高产 率及品质。并且，掺杂的镧系稀土元素 X通过下转换作用，能够有效的提高硅材料对紫外波 段光的利用率。因此，采用该掺杂组合制造晶体，在易于获得较单纯掺镓更为理想的电阻率 分布的同时，利用该晶体制得的太阳电池能够获得显著的转换效率提升，转换效率大于 20%。晶体硅制造的太阳能电池的光致衰减小于1 %。
【具体实施方式】
[0013] 以下将提供多个【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0014]本技术方案第一实施例提供一种晶体硅，包括硅、镓、硼及镧系稀土元素 X，其中元 素 X的浓度为1〇1()~1〇17原子每立方厘米。本实施例中，晶体硅材料为单晶硅。镓的浓度为5 X 1014~1 X 1017原子每立方厘米，硼的浓度为1 X 1014~1 X 1016原子每立方厘米。镧系稀土 元素 X优选为镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)或其组合，例如:La〇3、铈铝、Ce〇2、Nd2〇3、Nd(0H)3。当然， 其中的镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)还可以分别为其氧化物等化合物。
[0015]本实施例中，镧系稀土元素 X选取镧、铈及钕的组合，镧系稀土元素 X的组合浓度之 和为1.0 X 1014原子每立方厘米。
[0016]
[0018] 本发明的晶体硅材料掺杂镓以减少光衰、并利用硼元素调节电阻率分布，提高产 率及品质。并且，掺杂的镧系稀土元素 X通过下转换作用，能够有效的提高硅材料对紫外波 段光的利用率，利用该晶体制得的太阳电池显著提高了转换效率。
[0019] 本技术方案第二实施例提供一种晶体硅太阳能电池。该太阳能电池采用常规四主 删电池工艺、HIT工艺或者PERC工艺制成。本实施例中，采用第一实施例的晶体硅材料，经 PERC工艺制成。太阳能电池的转换效率大于20%，6小时光致衰减小于5%。
[0020] 本技术方案第三实施例提供一种晶体硅的制备方法，包括以下步骤：
[0021 ]首先，提供太阳能级多晶硅原料，在该太阳能级多晶硅原料中加入一定量的镓、以 及浓度为1〇1()~1〇17的镧系稀土元素 X，制得单晶硅或多晶硅，该单晶硅或多晶硅中稀土元 素的浓度为1〇1()~1〇17原子每立方厘米。
[0022] 具体地，镧系稀土元素 X优选为镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)或其组合。当然，其中的镧 (La)、铈(Ce)、钕(Nd)还可以分别为其氧化物或化合物。
[0023] 本实施例中，镧系稀土元素 X选取镧、铈及钕的组合，镧系稀土元素 X的组合浓度和 为1.0 X 1014原子每立方厘米。
[0024]以直拉法制造单晶硅为例，在等径生长阶段，调节生长工艺，使得晶转大于等于15 转每分钟，拉晶速度大于等于1.5毫米每分钟。优选地，在拉晶收尾完成后，对晶体硅的尾部 进行热处理。具体地，收尾结束后保持晶体硅的尾部在加热器的加热范围内，控制加热器保 持在晶体收尾温度〇. 5-2小时，停炉冷却时间5小时以上。
[0025] 然后，将所述的单晶硅或多晶硅，在700°C~1000°C进行退火处理。将获得的单晶 硅或多晶硅进行切片，使所得硅片在惰性气体保护下，650 °C~1000°C进行退火处理1~ 60min〇
[0026]本实施例的晶体硅的制备方法，能以高产率制得低光致衰减及高转换效率的晶体 娃。
【主权项】
1. 晶体硅，包括硅、硼、镓及镧系稀土元素 X，所述镧系稀土元素 X的浓度为1〇1()~1〇17原 子每立方厘米。2. 如权利要求1所述的晶体硅，其特征在于，所述镧系稀土元素 X为镧、铈、钕任意一种 或多种的组合。3. 如权利要求1所述的晶体硅，其特征在于，所述镧系稀土元素 X为镧、镧的氧化物、铈、 铈的氧化物、钕、钕的氧化物任意一种或多种的组合。4. 如权利要求1所述的晶体硅，其特征在于，所述镧系稀土元素 X为镧、镧的化合物、铈、 铈的化合物、钕、钕的化合物任意一种或多种的组合。5. 如权利要求1至4中任一项所述的晶体硅，其特征在于，所述镓的浓度为IX 1015~5 X 1〇17原子每立方厘米，所述硼的浓度为1X 1〇14~1 X 1〇16原子每立方厘米。6. 利用如权利要求1至5中任一项所述的晶体硅制造的太阳能电池，其特征在于，所述 太阳能电池的转换效率大于20%。7. 如权利要求6所述的晶体硅制造的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的光致 衰减小于1 %。8. -种晶体硅的制备方法，其特征在于，包括步骤： 1】取太阳能级多晶硅原料，在所述太阳能级多晶硅原料中加入IX 1〇15~5 Χ1017原子每 立方厘米的镓、1 X 1〇14~1 X 1〇16原子每立方厘米的硼以及浓度为1〇1()~1〇17的镧系稀土元 素 X，制得单晶硅或多晶硅，所述单晶硅或多晶硅中稀土元素的浓度为1〇1()~1〇17; 2】将经步骤1制备的单晶硅或多晶硅在700 °C~1000 °C进行退火处理。9. 如权利要求8所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述镧系稀土元素 X为镧、铈、 钕或其组合。10. 如权利要求9所述的晶体硅的制备方法，其特征在于，所述镧系稀土元素 X为镧、镧 的化合物、铈、铈的化合物、钕、钕的化合物或其组合。
【文档编号】C30B29/06GK105839182SQ201610221586
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】邓浩, 付楠楠, 王向东
【申请人】西安隆基硅材料股份有限公司