本發(fā)明專利技術(shù)公開一種提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學(xué)和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應(yīng)變層的步驟。本發(fā)明專利技術(shù)方法可減少高溫過程中由籽晶中引入的缺陷密度，從而減少鑄造單晶硅中的缺陷密度。本發(fā)明專利技術(shù)方法可以將現(xiàn)有的鑄錠成品率提高約1個(gè)百分點(diǎn)以上，達(dá)到或超過現(xiàn)有鑄造多晶硅的鑄錠成品率。利用這些低缺陷密度的硅片制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有明顯的提升，有利于光伏產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。
Method for improving yield and conversion efficiency of casting monocrystalline silicon ingot
The invention discloses a method for improving the casting yield and conversion efficiency of monocrystalline silicon ingot, which is characterized in that the method includes removal of the damage layer and layer strain step seed of single crystal silicon surface by chemical and / or physical methods. The method of the invention can reduce the defect density introduced in the seed crystal during the high temperature process, thereby reducing the defect density in the casting monocrystalline silicon. The method of the invention can increase the yield of the existing ingot by about 1 percentage points, and achieve or exceed the ingot yield of the existing casting polycrystalline silicon. The photoelectric conversion efficiency of the solar cells made of these low defect density silicon wafers is also obviously improved, which is beneficial to the large-scale application of the photovoltaic industry.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于太陽能光伏材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種
技術(shù)介紹
目前，利用鑄造法生產(chǎn)太陽能用單晶硅的方法受到了越來越多的關(guān)注。鑄造單晶硅具有直拉單晶硅低缺陷高的優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過堿制絨的方法形成金字塔型的織構(gòu)，提聞對光的吸收，從而提聞轉(zhuǎn)化效率；同時(shí)，鑄造單晶娃也具有鑄造多晶娃生廣成本低，廣量聞的優(yōu)點(diǎn)。因此，鑄造單晶娃繼承了直拉單晶娃和鑄造單晶娃的優(yōu)點(diǎn)，克服了兩個(gè)各有的缺點(diǎn)，成為降低太陽能電池生產(chǎn)成本的重要途徑。但是，鑄造單晶硅也存在鑄錠成品率低，底部少子壽命偏低的缺點(diǎn)，同時(shí)硅片中缺陷密度(隱晶、位錯(cuò)等)偏高，使得漏電流較高，轉(zhuǎn)換效率偏低，這成為制約鑄造單晶硅大規(guī)模推廣的瓶頸之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對以上問題，本專利技術(shù)提供了一種，所述方法可以使鑄造單晶硅的鑄錠成品率提高I個(gè)百分點(diǎn)，并提高制成的太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率0.2-0.5個(gè)百分點(diǎn)。在單晶籽晶的切割制備工程中，會(huì)在籽晶的表面形成一定深度的損傷層和應(yīng)變層，在鑄造單晶硅制備過程中，熔化時(shí)坩堝底部的高溫會(huì)使籽晶的損傷層和應(yīng)變層中的應(yīng)力釋放，產(chǎn)生大量的缺陷進(jìn)入籽晶內(nèi)部。在這些籽晶的基礎(chǔ)上長出的單晶硅中，缺陷密度很高，這些位錯(cuò)會(huì)降低 硅錠的少子壽命，特別是硅錠的底部，高密度的位錯(cuò)使硅錠的少子壽命不合格區(qū)域明顯增加。由此生產(chǎn)的太陽能電池片光電轉(zhuǎn)換效率較低。本專利技術(shù)通過下列技術(shù)方案解決上述問題:提聞鑄造單晶娃鑄淀成品率和轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學(xué)和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應(yīng)變層的步驟。去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應(yīng)變層的步驟能夠減少高溫過程中在由于應(yīng)力釋放在籽晶中引入大量位錯(cuò)，從而減少鑄造單晶硅中的位錯(cuò)密度。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述化學(xué)和/或物理方法包括酸腐蝕、堿腐蝕，機(jī)械拋光或其組合。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述酸為氫氟酸和硝酸的混合溶液。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)更加優(yōu)選實(shí)施方式，所述氫氟酸和硝酸的混合比為1: 3至1: 20，此處提到酸配比是按照氫氟酸濃度49 %，硝酸濃度69 %計(jì)算的。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。根據(jù)本專利技術(shù)，術(shù)語“機(jī)械拋光”意指使用拋光工具研磨晶體表面，例如磨去晶體表面一定的厚度，使晶體表面光滑平整；機(jī)械拋光通常和化學(xué)方法結(jié)合使用，例如，在機(jī)械拋光同時(shí)加入化學(xué)腐蝕試劑。本專利技術(shù)方法通過去除了單晶籽晶表面的損傷層和應(yīng)變層，大大降低鑄造單晶硅中的缺陷密度，從而提高硅錠的少子壽命，減少底部少子壽命不合格區(qū)域，可以將現(xiàn)有的鑄錠成品率提高約I個(gè)百分點(diǎn)以上，達(dá)到或超過現(xiàn)有鑄造多晶硅的鑄錠成品率。利用這些低缺陷密度的硅片制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率能提升0.2-0.5個(gè)百分點(diǎn)。附圖說明圖1中(a)是未使用本專利技術(shù)的方法所生產(chǎn)的鑄造單晶電池片的電致發(fā)光(EL)照片，(b)是實(shí)施例1所制成電池片的電致發(fā)光(EL)照片。具體實(shí)施例方式以下是本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，但本專利技術(shù)并不限于這些實(shí)施方式。其中，XRD是通過檢測X射線衍射峰的半高寬，可以得到晶格結(jié)構(gòu)的完整性，半高寬越小，峰越尖銳，晶格結(jié)構(gòu)越完整。光學(xué)顯微鏡觀察前需對晶體進(jìn)行腐蝕，通過目測觀察晶體表面的腐蝕坑，缺陷部分的化學(xué)腐蝕速度明顯快于晶格完整部分。鑄錠成品率是合格區(qū)域所占硅錠整體的比例；電池片轉(zhuǎn)換效率是單位面積可轉(zhuǎn)換的電能與入射太陽光能量的比例。位錯(cuò)密度降低的證據(jù)以及檢測方法如下:對于硅片，可通過光學(xué)顯微鏡直接觀察腐蝕坑進(jìn)行檢測，腐蝕坑多說明其缺陷密度大；對于電池片，可通過電致發(fā)光(EL)對電池片進(jìn)行檢測，暗區(qū)部分即為位錯(cuò)缺陷區(qū)域，通常對暗區(qū)面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，暗區(qū)面積越大說明其缺陷密度大。EL的測試原理:對太陽能電池/組件加載電壓后，使之發(fā)光，再利用近紅外相機(jī)攝取其發(fā)光影像，因電致發(fā)光亮度正比于少子擴(kuò)散長度，缺陷處因具有較低的少子擴(kuò)散長度而發(fā)出較弱的光，從而形成較暗的影像。實(shí)施例1將使用帶鋸截?cái)嗪蟮膯尉Х湃際F: HNO3 = I: 3(體積比)的溶液中腐蝕5min，經(jīng)過測量，硅塊表面去除約140um，經(jīng)過X射線衍射(XRD) (SHIMADZU XRD-7000S/L)測試，發(fā)現(xiàn)衍射峰的半高寬變小，顯示硅塊表面損傷層和應(yīng)變層已基本去除。將腐蝕后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導(dǎo)衰減儀對鑄造的硅錠進(jìn)行檢測，少子壽命合格區(qū)域增加了 2.3cm，鑄錠成品率與不去除損傷層的籽晶鑄造單晶硅錠相比提高近2個(gè)百分點(diǎn)，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉(zhuǎn)換效率，比沒有采用本專利技術(shù)方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.5個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)將該電池片進(jìn)行電致熒光(EL) (BT LIS-Rl型)測試，發(fā)現(xiàn)電池片的暗區(qū)面積，與未使用本專利技術(shù)的方法所生產(chǎn)的鑄造單晶電池片相比，減少了 60%。實(shí)施例2將使用線鋸截?cái)嗪蟮膯尉Х湃際F: HNO3 = I: 10(體積比)的溶液中腐蝕5min，經(jīng)過測量，硅塊表面去除約90um，使用光學(xué)顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應(yīng)變層已基本去除。將經(jīng)過處理后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導(dǎo)衰減儀對鑄造的硅錠進(jìn)行檢測，少子壽命的合格區(qū)域增加了 2.5cm，鑄錠成品率提高了 2.3個(gè)百分點(diǎn)，將該鑄造單晶硅片制成電池 片后，測試其轉(zhuǎn)換效率，比沒有采用本專利技術(shù)方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.6個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)將電池片進(jìn)行電致熒光(EL)測試，與未使用本專利技術(shù)的方法所生產(chǎn)的鑄造單晶電池片相比，發(fā)現(xiàn)電池片的暗區(qū)面積減少了70%。實(shí)施例3將使用線鋸截?cái)嗪蟮膯尉Х湃際F: HNO3 = I: 20(體積比)的溶液中腐蝕5min，經(jīng)過測量，硅塊表面去除約70um，使用光學(xué)顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應(yīng)變層已基本去除。將經(jīng)過處理后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導(dǎo)衰減儀對鑄造的硅錠進(jìn)行檢測，少子壽命的合格區(qū)域增加了 1.5cm，鑄錠成品率提高了 I個(gè)百分點(diǎn)，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉(zhuǎn)換效率，比沒有采用本專利技術(shù)方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.3個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)將電池片進(jìn)行電致熒光(EL)測試，與未使用本專利技術(shù)的方法所生產(chǎn)的鑄造單晶電池片相比，發(fā)現(xiàn)電池片的暗區(qū)面積減少了50%。實(shí)施例4將使用線鋸截?cái)嗪蟮膯尉Х湃?0%的氫氧化鈉溶液中腐蝕5min。經(jīng)過測量，硅塊表面去除約60um，使用光學(xué)顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應(yīng)變層已基本去除。將腐蝕后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導(dǎo)衰減儀對鑄造的硅錠進(jìn)行檢測，少子壽命的合格區(qū)域增加了 1.3cm，鑄錠成品率提高近0.9個(gè)百分點(diǎn)，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉(zhuǎn)換效率，比沒有采用本專利技術(shù)方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.25個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)將電池片進(jìn)行電致熒光(EL)測試，與未使用本專利技術(shù)的方法所生產(chǎn)的鑄造單晶電池片相比，發(fā)現(xiàn)電池片的暗區(qū)面積減少了 45 %。。實(shí)施例5使用線鋸截?cái)鄦尉В仁褂脪伖獠紥伖馓幚?min，再將硅塊放入HF: HNO3 =I: 10的溶液中腐蝕5min。經(jīng)過測量，硅塊表面去除約llOum，經(jīng)過化學(xué)腐蝕后，使用光學(xué)顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應(yīng)變層已基本去除。將腐蝕后的單晶作為籽晶制備本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學(xué)和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應(yīng)變層的步驟。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武鵬，胡亞蘭，
申請(專利權(quán))人：江蘇協(xié)鑫硅材料科技發(fā)展有限公司，江蘇協(xié)鑫軟控設(shè)備科技發(fā)展有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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