專利名稱：太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法
技術領域：
本發明屬于添加摻雜材料的單晶生長技術領域，特別涉及一種鍺單晶生長的摻雜方法。
背景技術：
太陽能電池鍺單晶主要是在高純鍺中摻雜3價或5價元素，控制鍺單晶的電阻率小于O. 05 Ω. Cm，太陽能電池用鍺單晶的摻雜劑主要是鎵和銦。但是，由于鎵和銦在鍺中的分凝系數較小，在拉晶過程中得到的鍺單晶電阻率分布不均勻，使鍺單晶的軸向電阻率變化太大，不利于工業化生產。目前的摻雜方法主要用摻雜勺補加摻雜劑，這使摻雜劑在區熔鍺融化后，不能達到均勻混合使摻雜劑濃度的均勻性受到影響，導致摻雜劑與區熔鍺錠不能按比例混合，達不到目標電阻率的要求。這種摻雜方法沒有從根本上解決摻雜劑在鍺中·均勻分布的難題，存在需多次摻雜，操作復雜，容易導致爐體漏氣等弊端。
發明內容
針對現有摻雜方法存在的不足，本發明提供一種太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，克服了用摻雜勺補加摻雜劑，存在多次摻雜，操作復雜，爐體漏氣的弊端，一次摻雜就可使摻雜劑在單晶中能均勻分布。本發明所述的太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，其特征在于步驟如下步驟一，清洗干燥將稱好的高純鍺放在清洗機熱水槽內，升溫至40°C 65°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中，將洗好的鍺放入干燥箱中，設定加熱溫度為100°C 120°C，恒溫2 3小時，冷卻后取出；步驟二，裝料將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑放在聞純錯間；步驟三，抽真空啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為5 60sltm/min ；步驟四，加熱打開加熱器，升溫化料；步驟五，初步混合當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為3 10轉/分鐘，以O. 2 O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，2(Γ60分鐘后，以O. 5 2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次及以上即達到摻雜元素在鍺中的初步混合；步驟六，降溫降低爐溫至939 948°C ；步驟七，均勻混合將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在5 20轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速3 10轉/分鐘，以O. 2 O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，20 60分鐘后，以O. 5 2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次及以上即達到摻雜元素在鍺中的均勻混合。本發明所使用的摻雜劑可以是Ga、In、As、Sb等的一種或幾種。本發明的有益效果為該方法操作簡單，只需一次摻雜，就能使摻雜劑在太陽能電池用鍺單晶中均勻分布，鍺單晶的電阻率均勻分布，軸向電阻率變化小，利于工業化生產；通過測試，鍺單晶電阻率在O. OOl 0.003 Ω · Cm，可達到太陽能電池用鍺單晶電阻率均勻分布的要求。
圖I太陽能電池用鍺單晶摻雜工藝流程框圖；圖2未使用本發明工藝的鍺單晶電阻率縱向分布示意圖；圖3使用本發明工藝后鍺單晶電阻率縱向分布示意圖；圖4使用本發明的方法生長太陽能鍺單晶時的圖像；
圖5使用本發明的方法得到的太陽能鍺單晶的實物圖。
具體實施例方式以下結合附圖，通過實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例一本例是運用本發明方法在鍺單晶中摻雜Ga的實施例，其步驟如下步驟一，將稱好的高純鍺錠放在清洗機熱水槽內，升溫至50°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中。將洗好的鍺錠放入干燥箱中，設定加熱溫度為100°c，恒溫2小時，冷卻后取出；步驟二，將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑Ga放在高純鍺間；步驟三，啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為30sltm/min ；步驟四，打開加熱器，升溫化料；步驟五，當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為3轉/分鐘，以O. 2轉/分鐘的速度提高轉速，20分鐘后，以O. 5轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次即達到Ga在鍺中的初步混合；步驟六，降低爐溫至940°C ;步驟七，將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在5轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速3轉/分鐘，以O. 2轉/分鐘的速度提高轉速，20分鐘后，以
O.5轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次即達到Ga在鍺中的均勻混合。實施例二 本例是運用本發明方法在鍺單晶中摻雜In的實施例，其步驟如下步驟一，將稱好的高純鍺錠放在清洗機熱水槽內，升溫至60°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中。將洗好的鍺錠放入干燥箱中，設定加熱溫度為120°C，恒溫3小時，冷卻后取出；步驟二，將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑In放在高純鍺間；步驟三，啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為40sltm/min ；
步驟四，打開加熱器，升溫化料；步驟五，當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為10轉/分鐘，以O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，60分鐘后，以2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復4次即達到In在鍺中的初步混合；步驟六，降低爐溫至947°C ;步驟七，將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在20轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速10轉/分鐘，以O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，60分鐘后，以2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復4次即達到In在鍺中的均勻混合。實施例三·本例是運用本發明方法在鍺單晶中摻雜As的實施例，其步驟如下步驟一，將稱好的高純鍺錠放在清洗機熱水槽內，升溫至40°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中。將洗好的鍺錠放入干燥箱中，設定加熱溫度為110°c，恒溫2. 5小時，冷卻后取出；步驟二，將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑As放在高純鍺間；步驟三，啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為50sltm/min ；步驟四，打開加熱器，升溫化料；步驟五，當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為8轉/分鐘，以O. 6轉/分鐘的速度提高轉速，40分鐘后，以I轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復5次即達到As在鍺中的初步混合；步驟六，降低爐溫至939°C ;步驟七，將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在15轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速8轉/分鐘，以O. 6轉/分鐘的速度提高轉速，40分鐘后，以I轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復5次即達到As在鍺中的均勻混合。實施例四本例是運用本發明方法在鍺單晶中摻雜Sb的實施例，其步驟如下步驟一，將稱好的高純鍺錠放在清洗機熱水槽內，升溫至50°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中。將洗好的鍺錠放入干燥箱中，設定加熱溫度為115°C，恒溫2. 8小時，冷卻后取出。步驟二，將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑Sb放在高純鍺間；步驟三，啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為30sltm/min ；步驟四，打開加熱器，升溫化料；步驟五，當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為4轉/分鐘，以O. 4轉/分鐘的速度提高轉速，45分鐘后，以I. 5轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復6次即達到As在鍺中的初步混合；步驟六，降低爐溫至942°C ;
步驟七，將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在12轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速5轉/分鐘，以O. 4轉/分鐘的速度提高轉速，45分鐘后，以
I.5轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復6次即達到Sb在鍺中的均勻混合。根據摻雜劑與電阻率的關系，確定摻雜劑與區熔鍺的比例，計算方法如下摻雜劑濃度根據Cs=KCtl(1-g)_(1_κ)計算，摻雜劑與區熔鍺的比例根據
^wAIwA
w =汁算得出。①當只考慮雜質分凝時的摻雜計算例如拉制電阻率P的w克Ge，需加入
雜質的量為=;CQ為熔體中雜質濃度(4X1017cm_3〈 Cs <1. OX IO1W3), N0
d N0
為阿伏伽德羅常數(6. 02X IO23)，d為Ge的密度(5. 32 g/cm3)，A為雜質的摩爾質量；同時在正常凝固-直拉法時，Cs=KC0 (Ι-g) _(1_κ)，g為拉制處比例；K為分凝系數
見表I;電阻率P與雜質濃度Cs，關系如下P = + , μ為少數載流子遷移率，得
(LU
^wAI\\
Ifl — C0---= -7-、 n --η
d N1,: cJNt、表I鍺中主要雜質的分凝系數K
權利要求
1.太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，其特征在于步驟如下 步驟一，清洗干燥將稱好的高純鍺放在清洗機熱水槽內，升溫至40°c 65°C，然后將其依次放入熱水酸泡槽、超聲溢流槽，清洗至無殘酸，取出放入不銹鋼盤中，將洗好的鍺放入干燥箱中，設定加熱溫度為100°C 120°C，恒溫2 3小時，冷卻后取出； 步驟二，裝料將清洗干燥后的高純鍺裝入單晶爐內的坩堝中，然后將摻雜劑放在高純鍺間； 步驟三，抽真空啟動控制系統開始抽真空，待漏率檢驗合格，設置氬氣流量為5 60sltm/min ； 步驟四，加熱打開加熱器，升溫化料； 步驟五，初步混合當坩堝內的原料全部融化后控制坩堝轉速為3 10轉/分鐘，以O.2 O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，2(Γ60分鐘后，以O. 5 2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次及以上即達到摻雜元素在鍺中的初步混合； 步驟六，降溫降低爐溫至939 948°C ； 步驟七，均勻混合將籽晶放下接觸鍺熔體，將籽晶轉速控制在5 20轉/分鐘，旋轉方向與坩堝旋轉方向相反，控制坩堝轉速3 10轉/分鐘，以O. 2 O. 8轉/分鐘的速度提高轉速，20 60分鐘后，以O. 5 2轉/分鐘的速度降低轉速，如此反復3次及以上即達到摻雜元素在鍺中的均勻混合。
2.按照權利要求I所述的太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，其特征在于摻雜劑可以是Ga、In、As、Sb的一種或幾種。
3.按照權利要求I所述的太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，其特征在于根據摻雜劑與電阻率的關系，確定摻雜劑與區熔鍺的比例為1:3000。
全文摘要
太陽能電池用鍺單晶生長的摻雜方法，其特征在于步驟如下1.清洗干燥高純鍺，2.將高純鍺和摻雜劑裝入單晶爐內的坩堝中，3.抽真空，4.加熱，5.當坩堝內的原料全部融化后使摻雜元素在鍺中初步混合，6.降溫，7.使摻雜元素在鍺中均勻混合。本發明所使用的摻雜劑，可以是Ga、In、As、Sb等的一種或幾種。該方法操作簡單，只需一次摻雜，就能使摻雜劑在太陽能電池用鍺單晶中均勻分布，鍺單晶的電阻率均勻分布，軸向電阻率變化小，利于工業化生產；通過測試，鍺單晶電阻率在0.001～0.003Ω·cm，可達到太陽能電池用鍺單晶電阻率均勻分布的要求。
文檔編號C30B15/04GK102877121SQ20121040726
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者王侃, 吳紹華, 子光平, 符世繼, 李睿, 韓帥民, 彭明清, 侯明, 陳驥, 李茂忠 申請人:云南北方馳宏光電有限公司