专利名称：提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法
技术领域：
本发明属于太阳能光伏材料制备领域，具体涉及一种提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法
背景技术：
目前，利用铸造法生产太阳能用单晶硅的方法受到了越来越多的关注。铸造单晶硅具有直拉单晶硅低缺陷高的优点，并且可以通过碱制绒的方法形成金字塔型的织构，提闻对光的吸收，从而提闻转化效率；同时，铸造单晶娃也具有铸造多晶娃生广成本低，广量闻的优点。因此，铸造单晶娃继承了直拉单晶娃和铸造单晶娃的优点，克服了两个各有的缺点，成为降低太阳能电池生产成本的重要途径。但是，铸造单晶硅也存在铸锭成品率低，底部少子寿命偏低的缺点，同时硅片中缺陷密度(隐晶、位错等)偏高，使得漏电流较高，转换效率偏低，这成为制约铸造单晶硅大规模推广的瓶颈之一。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，所述方法可以使铸造单晶硅的铸锭成品率提高I个百分点，并提高制成的太阳能电池片的光电转换效率0.2-0.5个百分点。在单晶籽晶的切割制备工程中，会在籽晶的表面形成一定深度的损伤层和应变层，在铸造单晶硅制备过程中，熔化时坩埚底部的高温会使籽晶的损伤层和应变层中的应力释放，产生大量的缺陷进入籽晶内部。在这些籽晶的基础上长出的单晶硅中，缺陷密度很高，这些位错会降低 硅锭的少子寿命，特别是硅锭的底部，高密度的位错使硅锭的少子寿命不合格区域明显增加。由此生产的太阳能电池片光电转换效率较低。本发明通过下列技术方案解决上述问题:提闻铸造单晶娃铸淀成品率和转换效率的方法，其特征在于，该方法包括通过化学和/或物理方法去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤。去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤能够减少高温过程中在由于应力释放在籽晶中引入大量位错，从而减少铸造单晶硅中的位错密度。根据本发明的一个优选实施方式，所述化学和/或物理方法包括酸腐蚀、碱腐蚀，机械抛光或其组合。根据本发明的一个优选实施方式，所述酸为氢氟酸和硝酸的混合溶液。根据本发明的一个更加优选实施方式，所述氢氟酸和硝酸的混合比为1: 3至1: 20，此处提到酸配比是按照氢氟酸浓度49 %，硝酸浓度69 %计算的。根据本发明的一个优选实施方式，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。根据本发明，术语“机械抛光”意指使用抛光工具研磨晶体表面，例如磨去晶体表面一定的厚度，使晶体表面光滑平整；机械抛光通常和化学方法结合使用，例如，在机械抛光同时加入化学腐蚀试剂。本发明方法通过去除了单晶籽晶表面的损伤层和应变层，大大降低铸造单晶硅中的缺陷密度，从而提高硅锭的少子寿命，减少底部少子寿命不合格区域，可以将现有的铸锭成品率提高约I个百分点以上，达到或超过现有铸造多晶硅的铸锭成品率。利用这些低缺陷密度的硅片制成的太阳能电池的光电转换效率能提升0.2-0.5个百分点。
图1中(a)是未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片的电致发光(EL)照片，(b)是实施例1所制成电池片的电致发光(EL)照片。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施方式
，对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于这些实施方式。其中，XRD是通过检测X射线衍射峰的半高宽，可以得到晶格结构的完整性，半高宽越小，峰越尖锐，晶格结构越完整。光学显微镜观察前需对晶体进行腐蚀，通过目测观察晶体表面的腐蚀坑，缺陷部分的化学腐蚀速度明显快于晶格完整部分。铸锭成品率是合格区域所占硅锭整体的比例；电池片转换效率是单位面积可转换的电能与入射太阳光能量的比例。位错密度降低的证据以及检测方法如下:对于硅片，可通过光学显微镜直接观察腐蚀坑进行检测，腐蚀坑多说明其缺陷密度大；对于电池片，可通过电致发光(EL)对电池片进行检测，暗区部分即为位错缺陷区域，通常对暗区面积进行统计，暗区面积越大说明其缺陷密度大。EL的测试原理:对太阳能电池/组件加载电压后，使之发光，再利用近红外相机摄取其发光影像，因电致发光亮度正比于少子扩散长度，缺陷处因具有较低的少子扩散长度而发出较弱的光，从而形成较暗的影像。实施例1将使用带锯截断后的单晶放入HF: HNO3 = I: 3(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅块表面去除约140um，经过X射线衍射(XRD) (SHIMADZU XRD-7000S/L)测试，发现衍射峰的半高宽变小，显示硅块表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命合格区域增加了 2.3cm，铸锭成品率与不去除损伤层的籽晶铸造单晶硅锭相比提高近2个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.5个百分点，同时将该电池片进行电致荧光(EL) (BT LIS-Rl型)测试，发现电池片的暗区面积，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，减少了 60%。实施例2将使用线锯截断后的单晶放入HF: HNO3 = I: 10(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅块表面去除约90um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将经过处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了 2.5cm，铸锭成品率提高了 2.3个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池 片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.6个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了70%。
实施例3将使用线锯截断后的单晶放入HF: HNO3 = I: 20(体积比)的溶液中腐蚀5min，经过测量，硅块表面去除约70um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将经过处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了 1.5cm，铸锭成品率提高了 I个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.3个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了50%。实施例4将使用线锯截断后的单晶放入30%的氢氧化钠溶液中腐蚀5min。经过测量，硅块表面去除约60um，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。通过微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了 1.3cm，铸锭成品率提高近0.9个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.25个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了 45 %。。实施例5使用线锯截断单晶，先使用抛光布抛光处理3min，再将硅块放入HF: HNO3 =I: 10的溶液中腐蚀5min。经过测量，硅块表面去除约llOum，经过化学腐蚀后，使用光学显微镜(奥林巴斯，MX-50)观测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将腐蚀后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。使用微波光电导衰减仪对铸造的硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了 2.7cm，铸锭成品率提高2.5个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.7个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了 75%。实施例6使用线锯截断单晶，先使用抛光布抛光处理lOmin。使用X射线衍射方法检测硅块表面，可以看到表面损伤层和应变层已基本去除。将处理后的单晶作为籽晶制备铸造单晶硅。使用微波光电导衰减仪对硅锭进行检测，少子寿命的合格区域增加了 1cm，铸锭成品率提高0.6个百分点，将该铸造单晶硅片制成电池片后，测试其转换效率，比没有采用本发明方法处理过的铸造单晶硅片高约0.15个百分点，同时将电池片进行电致荧光(EL)测试，与未使用本发明的方法所生产的铸造单晶电池片相比，发现电池片的暗区面积减少了 35%。
权利要求
1.提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，该方法包括通过化学和/或物理方法去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤。
2.根据权利要求1所述的提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述化学和物理方法包括酸腐蚀、碱腐蚀，机械抛光或其组合。
3.根据权利要求2所述的提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述酸为氢氟酸和硝酸的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述混合溶液中氢氟酸和硝酸的体积比为1: 3至1: 20。
5.根据权利要求2所述的提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求2所述的提高铸造单 晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述机械抛光为使用抛光工具研磨晶体表面。
7.根据权利要求6所述的提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，所述抛光工具选自抛光布或抛光毛刷。
全文摘要
本发明公开一种提高铸造单晶硅铸锭成品率和转换效率的方法，其特征在于，该方法包括通过化学和/或物理方法去除单晶硅籽晶表面的损伤层和应变层的步骤。本发明方法可减少高温过程中由籽晶中引入的缺陷密度，从而减少铸造单晶硅中的缺陷密度。本发明方法可以将现有的铸锭成品率提高约1个百分点以上，达到或超过现有铸造多晶硅的铸锭成品率。利用这些低缺陷密度的硅片制成的太阳能电池的光电转换效率也有明显的提升，有利于光伏产业大规模应用。
文档编号C30B11/14GK103205800SQ201210013750
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者武鹏, 胡亚兰 申请人:江苏协鑫硅材料科技发展有限公司, 江苏协鑫软控设备科技发展有限公司