專利名稱：提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法
技術領域：
本發明屬于太陽能光伏材料制備領域，具體涉及一種提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法
背景技術：
目前，利用鑄造法生產太陽能用單晶硅的方法受到了越來越多的關注。鑄造單晶硅具有直拉單晶硅低缺陷高的優點，并且可以通過堿制絨的方法形成金字塔型的織構，提聞對光的吸收，從而提聞轉化效率；同時，鑄造單晶娃也具有鑄造多晶娃生廣成本低，廣量聞的優點。因此，鑄造單晶娃繼承了直拉單晶娃和鑄造單晶娃的優點，克服了兩個各有的缺點，成為降低太陽能電池生產成本的重要途徑。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，同時硅片中缺陷密度(隱晶、位錯等)偏高，使得漏電流較高，轉換效率偏低，這成為制約鑄造單晶硅大規模推廣的瓶頸之一。
發明內容
針對以上問題，本發明提供了一種提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，所述方法可以使鑄造單晶硅的鑄錠成品率提高I個百分點，并提高制成的太陽能電池片的光電轉換效率0.2-0.5個百分點。在單晶籽晶的切割制備工程中，會在籽晶的表面形成一定深度的損傷層和應變層，在鑄造單晶硅制備過程中，熔化時坩堝底部的高溫會使籽晶的損傷層和應變層中的應力釋放，產生大量的缺陷進入籽晶內部。在這些籽晶的基礎上長出的單晶硅中，缺陷密度很高，這些位錯會降低 硅錠的少子壽命，特別是硅錠的底部，高密度的位錯使硅錠的少子壽命不合格區域明顯增加。由此生產的太陽能電池片光電轉換效率較低。本發明通過下列技術方案解決上述問題:提聞鑄造單晶娃鑄淀成品率和轉換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應變層的步驟。去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應變層的步驟能夠減少高溫過程中在由于應力釋放在籽晶中引入大量位錯，從而減少鑄造單晶硅中的位錯密度。根據本發明的一個優選實施方式，所述化學和/或物理方法包括酸腐蝕、堿腐蝕，機械拋光或其組合。根據本發明的一個優選實施方式，所述酸為氫氟酸和硝酸的混合溶液。根據本發明的一個更加優選實施方式，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 %計算的。根據本發明的一個優選實施方式，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。根據本發明，術語“機械拋光”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；機械拋光通常和化學方法結合使用，例如，在機械拋光同時加入化學腐蝕試劑。本發明方法通過去除了單晶籽晶表面的損傷層和應變層，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域，可以將現有的鑄錠成品率提高約I個百分點以上，達到或超過現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換效率能提升0.2-0.5個百分點。
圖1中(a)是未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片的電致發光(EL)照片，(b)是實施例1所制成電池片的電致發光(EL)照片。
具體實施例方式以下是本發明的具體實施方式
，對本發明的技術方案作進一步描述，但本發明并不限于這些實施方式。其中，XRD是通過檢測X射線衍射峰的半高寬，可以得到晶格結構的完整性，半高寬越小，峰越尖銳，晶格結構越完整。光學顯微鏡觀察前需對晶體進行腐蝕，通過目測觀察晶體表面的腐蝕坑，缺陷部分的化學腐蝕速度明顯快于晶格完整部分。鑄錠成品率是合格區域所占硅錠整體的比例；電池片轉換效率是單位面積可轉換的電能與入射太陽光能量的比例。位錯密度降低的證據以及檢測方法如下:對于硅片，可通過光學顯微鏡直接觀察腐蝕坑進行檢測，腐蝕坑多說明其缺陷密度大；對于電池片，可通過電致發光(EL)對電池片進行檢測，暗區部分即為位錯缺陷區域，通常對暗區面積進行統計，暗區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，使之發光，再利用近紅外相機攝取其發光影像，因電致發光亮度正比于少子擴散長度，缺陷處因具有較低的少子擴散長度而發出較弱的光，從而形成較暗的影像。實施例1將使用帶鋸截斷后的單晶放入HF: HNO3 = I: 3(體積比)的溶液中腐蝕5min，經過測量，硅塊表面去除約140um，經過X射線衍射(XRD) (SHIMADZU XRD-7000S/L)測試，發現衍射峰的半高寬變小，顯示硅塊表面損傷層和應變層已基本去除。將腐蝕后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導衰減儀對鑄造的硅錠進行檢測，少子壽命合格區域增加了 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個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.5個百分點，同時將該電池片進行電致熒光(EL) (BT LIS-Rl型)測試，發現電池片的暗區面積，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，減少了 60%。實施例2將使用線鋸截斷后的單晶放入HF: HNO3 = I: 10(體積比)的溶液中腐蝕5min，經過測量，硅塊表面去除約90um，使用光學顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應變層已基本去除。將經過處理后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導衰減儀對鑄造的硅錠進行檢測，少子壽命的合格區域增加了 2.5cm，鑄錠成品率提高了 2.3個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池 片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.6個百分點，同時將電池片進行電致熒光(EL)測試，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，發現電池片的暗區面積減少了70%。
實施例3將使用線鋸截斷后的單晶放入HF: HNO3 = I: 20(體積比)的溶液中腐蝕5min，經過測量，硅塊表面去除約70um，使用光學顯微鏡(奧林巴斯，MX-50)觀測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應變層已基本去除。將經過處理后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。通過微波光電導衰減儀對鑄造的硅錠進行檢測，少子壽命的合格區域增加了 1.5cm，鑄錠成品率提高了 I個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.3個百分點，同時將電池片進行電致熒光(EL)測試，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，發現電池片的暗區面積減少了50%。實施例4將使用線鋸截斷后的單晶放入30%的氫氧化鈉溶液中腐蝕5min。經過測量，硅塊表面去除約60um，使用光學顯微鏡(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。通過微波光電導衰減儀對鑄造的硅錠進行檢測，少子壽命的合格區域增加了 1.3cm，鑄錠成品率提高近0.9個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.25個百分點，同時將電池片進行電致熒光(EL)測試，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，發現電池片的暗區面積減少了 45 %。。實施例5使用線鋸截斷單晶，先使用拋光布拋光處理3min，再將硅塊放入HF: HNO3 =I: 10的溶液中腐蝕5min。經過測量，硅塊表面去除約llOum，經過化學腐蝕后，使用光學顯微鏡(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。使用微波光電導衰減儀對鑄造的硅錠進行檢測，少子壽命的合格區域增加了 2.7cm，鑄錠成品率提高2.5個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.7個百分點，同時將電池片進行電致熒光(EL)測試，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，發現電池片的暗區面積減少了 75%。實施例6使用線鋸截斷單晶，先使用拋光布拋光處理lOmin。使用X射線衍射方法檢測硅塊表面，可以看到表面損傷層和應變層已基本去除。將處理后的單晶作為籽晶制備鑄造單晶硅。使用微波光電導衰減儀對硅錠進行檢測，少子壽命的合格區域增加了 1cm，鑄錠成品率提高0.6個百分點，將該鑄造單晶硅片制成電池片后，測試其轉換效率，比沒有采用本發明方法處理過的鑄造單晶硅片高約0.15個百分點，同時將電池片進行電致熒光(EL)測試，與未使用本發明的方法所生產的鑄造單晶電池片相比，發現電池片的暗區面積減少了 35%。
權利要求
1.提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應變層的步驟。
2.根據權利要求1所述的提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述化學和物理方法包括酸腐蝕、堿腐蝕，機械拋光或其組合。
3.根據權利要求2所述的提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述酸為氫氟酸和硝酸的混合溶液。
4.根據權利要求3所述的提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述混合溶液中氫氟酸和硝酸的體積比為1: 3至1: 20。
5.根據權利要求2所述的提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
6.根據權利要求2所述的提高鑄造單 晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述機械拋光為使用拋光工具研磨晶體表面。
7.根據權利要求6所述的提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，所述拋光工具選自拋光布或拋光毛刷。
全文摘要
本發明公開一種提高鑄造單晶硅鑄錠成品率和轉換效率的方法，其特征在于，該方法包括通過化學和/或物理方法去除單晶硅籽晶表面的損傷層和應變層的步驟。本發明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。本發明方法可以將現有的鑄錠成品率提高約1個百分點以上，達到或超過現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換效率也有明顯的提升，有利于光伏產業大規模應用。
文檔編號C30B11/14GK103205800SQ201210013750
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者武鵬, 胡亞蘭 申請人:江蘇協鑫硅材料科技發展有限公司, 江蘇協鑫軟控設備科技發展有限公司