專利名稱：：一種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法
技術領域：
：本發明涉及鑄造金屬硅領域，尤其是一種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法。
背景技術：
：由于太陽能行業的不斷發展與壯大，競爭日益激烈，生產高質量低成本的電池才能立足市場，同時光伏行業硅材料緊缺，金屬硅由于其低成本而頗具吸引力，很多廠家嘗試生產由金屬硅材料制成的電池，但其低成本是由于富含金屬雜質(Fe，Al等)和硼磷(B/P)，目前市場上高品級的金屬硅純度一般在5N左右，既99.999%左右，是由工業級冶金級硅做進一步化學或物理純化所得，其硼磷含量仍然很高，一般在0.l-20ppma，碳氧含量一般在10-60ppma，其純度直接影響所產電池的轉換效率，且由于其本身材料中高B/0含量的存在，所做電池衰減非常嚴重，所做多晶硅電池的光致衰減有的甚至達到單晶電池的衰減率3%_5%，而普通多晶電池衰減在僅在1%左右。所謂的光致衰減的現象為，對于硼摻雜晶硅太陽能電池，當它暴露于光照下，電池性能會衰減，并最終達到一個穩定的效率。早在30多年前，Fischer和Pschunder首先發現了摻硼太陽電池的這種光致衰減現象。經過多年研究，科學家們一致認同這種光致衰減現象是由于摻硼硅中的間隙態氧和替位態硼形成亞穩態的缺陷結構(即硼氧復合體)所致，這種缺陷結構降低了少數載流子壽命和擴散長度，使太陽能電池的性能下降。同時，各個廠家金屬硅B/P含量不穩定，對于B>P的金屬硅，可以通過摻雜P來提高電阻率；對于P>B的N型硅料，可以通過摻雜B和Ga來使其生長為P型晶錠，并使電阻率符合要，然而B分凝系數比較大為0.8，調整P/N型號時所需的量比較大，除非通過鑄錠過程中分步添加B才能解決此問題，而且Ga分凝系數比較小0.008，正好避免了此問題，對電阻率型號調整效果更佳。這種情況下如果采用B為摻雜劑，會讓電池產生更多的B-0對，更進一步增大衰減。目前行業內對金屬硅電池的衰減情況研究的比較少，單晶硅光致衰減研究的比較多，如無錫尚德太陽能電力有限公司控制單晶衰減的專利"一種摻鎵單晶硅太陽電池及其制造方法"，公開號CN101399297A;河北工業大學的"直拉法生長摻鎵硅單晶的方法和裝置"，公開號CN101148777A&201058893Y。
發明內容本發明要解決的技術問題是為了解決上述存在的缺點和不足，提供一種解決現有金屬硅電池高光致衰減問題和傳統摻硼方法難以控制金屬硅電阻率和型號的問題的一種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是—種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法，該方法步驟如下(—)、將坩堝進行烘焙后，再進行氮化硅的噴涂和烘烤；(二)、將硅料裝入坩堝，按摻雜濃度加入適量的鎵；(三)、將多晶爐抽真空，通入保護氣體，硅料加熱至1440°C-154(rC熔化；3(四)、通過定向凝固，使熔化的硅從下部到上部逐漸結晶；(五)、最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠。為了降低金屬硅電池的光致衰減，加入適量的鎵的方法為將鎵加熱到熔點29.9°C以上，再用塑料移液管移取所需量的鎵置于硅片上，待其與硅片凝固在一起，將凝固有鎵的硅片和硅料一起裝入坩堝，并置于坩堝的中下部，金屬硅中含有濃度O.l-20卯ma的硼和濃度0.l-20ppma的磷，還含有1X1014atoms/cm3-lX1017atoms/cm3的鎵。本發明的有益效果是，本發明在鑄造鑄造金屬硅中加入鎵，能夠降低金屬硅電池的光致衰減，硅中摻雜用的三五主族元素一般為替位共價態，硼的共價原子半徑是82pm(lpm=10—12m)在硅晶格中有足夠的空間可以形成硼氧復合體，而鎵的共價原子半徑是126pm，其較大的原子半徑阻礙了硼和氧在硅晶格中的作用，從而抑制了摻鎵晶體的光衰減；可以更好的調整P/N型號和電阻率。熔硅中的鎵濃度由如下分凝公式得到，Cs=KX&X(l-g)k—、其中g為凝固百分比，Cs為硅棒中凝固百分比為g處的鎵濃度，(^為熔硅中鎵濃度，k為鎵的分凝系數0.008，由于鎵的分凝系數很小為0.008(硼的分凝系數為0.8)，鎵在硅晶體內摻雜濃度變化較大。具體實施例方式—種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法，該方法步驟如下—)、將坩堝進行烘焙后，再進行氮化硅的噴涂和烘烤；(二)、將硅料裝入坩堝，按摻雜濃度加入適量的鎵；(三)、將多晶爐抽真空，通入保護氣體，硅料加熱至1440°C-154(rC熔化；(四)、通過定向凝固，使熔化的硅從下部到上部逐漸結晶；(五)、最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠。為了降低金屬硅電池的光致衰減，加入適量的鎵的方法為將鎵加熱到熔點29.9°C以上，再用塑料移液管移取所需量的鎵置于硅片上，待其與硅片凝固在一起，將凝固有鎵的硅片和硅料一起裝入坩堝，并置于坩堝的中下部，金屬硅中含有濃度O.l-20卯ma的硼和濃度0.l-20ppma的磷，還含有1X1014atoms/cm3-lX1017atoms/cm3的鎵。以下結合實施例進一步說明本發明。實施例1將240kg的某廠家金屬硅置于坩堝，其B/P含量各自在2-5卯ma之間，裝料時摻入Ga17g，裝爐，抽真空，氬氣保護，加熱硅料至1440-154(TC，直到硅料全部熔化，通過控制上下溫度梯度，實現從下往上定向凝固結晶，形成含硼濃度1.04X10"atoms/cm3，含鎵濃度2.3X1016atoms/cm3的金屬硅晶錠。對比例1將240kg的某廠家金屬硅置于坩堝，其B/P含量各自在2-5卯ma之間，裝料時不加任何摻雜劑，裝爐，抽真空，氬氣保護，加熱硅料至1440-1540°C，直到硅料全部熔化，通過控制上下溫度梯度，實現從下往上定向凝固結晶，形成含硼濃度1.04X10"atoms/cn^的金屬硅晶錠。對比例2將240kg的某廠家金屬硅置于坩堝，其B/P含量各自在2-5卯ma之間，裝料時摻入B母合金250g(電阻率0.00427ohm*cm)，裝爐，抽真空，氬氣保護，加熱硅料至1440_1540°C，直到硅料全部熔化，通過控制上下溫度梯度，實現從下往上定向凝固結晶，形成含硼濃度1.27X1017atoms/cm3的金屬硅晶錠。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>比較晶錠收率和組件衰減來說明本發明的效果，見上表，收率大幅提高，衰減比摻硼的有所減低。權利要求一種摻鎵金屬硅的定向凝固鑄造方法，該方法步驟如下(一)、將坩堝進行烘焙后，再進行氮化硅的噴涂和烘烤；(二)、將硅料裝入坩堝，按摻雜濃度加入適量的鎵；(三)、將多晶爐抽真空，通入保護氣體，硅料加熱至1440℃-1540℃熔化；(四)、通過定向凝固，使熔化的硅從下部到上部逐漸結晶；(五)、最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠。2.根據權利要求1所述的一種摻鎵金屬硅的定向凝固鑄造方法，其特征在于加入適量的鎵的方法為將鎵加熱到熔點29.9°C以上，再用塑料移液管移取所需量的鎵置于硅片上，待其與硅片凝固在一起，將凝固有鎵的硅片和硅料一起裝入坩堝，并置于坩堝的中下部。3.根據權利要求1或2所述的一種摻鎵金屬硅的定向凝固鑄造方法，其特征在于所述的金屬硅中含有濃度0.l-20卯ma的硼和濃度0.l-20卯ma的磷，還含有1X10"atoms/cm3_lX1017atoms/cm3的鎵。4.通過權利要求1所述的方法所制的摻鎵金屬硅，其特征在于其中含有濃度0.l-20ppma的硼、0.-120ppma的磷和含有1X1014atoms/cm3-lX1017atoms/cm3的鎵。全文摘要本發明涉及一種摻鎵金屬硅及其定向凝固鑄造方法，該方法步驟如下將坩堝進行烘焙后，再進行氮化硅的噴涂和烘烤；將硅料裝入坩堝，按摻雜濃度加入適量的鎵；將多晶爐抽真空，通入保護氣體，硅料加熱至1440℃-1540℃熔化；通過定向凝固，使熔化的硅從下部到上部逐漸結晶；最后高溫退火，形成用于切片做電池的多晶錠。本發明在鑄造金屬硅中加入鎵，從而有效、經濟并且方便的解決了金屬硅電池的光致衰減，并更好的調整了P/N型號和電阻率。文檔編號C30B28/00GK101694008SQ20091003567公開日2010年4月14日申請日期2009年9月30日優先權日2009年9月30日發明者陳雪,黃強,黃振飛申請人:常州天合光能有限公司;