一种单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及bc电池，具体而言，涉及一种单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在光伏与半导体产业快速发展的当下，单晶硅作为核心基础材料，其电学性能的精准调控直接决定器件效率与可靠性。尤其在bc（backcontact）电池、功率半导体等高端应用场景中，对单晶硅局部重掺杂（如背面高浓度n+接触区、欧姆接触层）提出了严苛要求——需实现1×1019~5×1020cm-3的高掺杂浓度，同时保证载流子迁移率、晶格完整性与工艺兼容性，以突破器件性能瓶颈。

2、当前主流的单晶硅重掺杂技术以磷（p）、砷（as）为核心掺杂剂，但面临多重技术瓶颈。其一，高温扩散损失与热损伤问题突出：传统磷掺杂需800~1000℃的高温工艺，不仅导致掺杂原子挥发损失（浓度偏差可达15%~20%），还会使单晶硅产生严重热应力，引发晶格畸变与缺陷，如位错、空位等；尤其对厚度较薄的bc电池硅片（如100~150μm），易出现翘曲甚至破裂，良率降低10%~15%。其二，载流子迁移率衰减显著：高浓度磷或砷掺杂会因杂质散射效应，使载流子迁移率降至80~100cm2/(v·s)，导致器件导通电阻升高，光电转换效率或功率输出能力下降。其三，长期稳定性不足：磷或砷与硅的化学键结合能较低，在85℃、85%rh湿热环境下，掺杂原子易发生二次迁移，使重掺区域方块电阻变化率达15%~20%，严重影响器件寿命。

3、此外，从产业降本与环保需求来看，传统磷或砷掺杂工艺需使用有毒化学品（如ash3、pocl3），处理成本高且存在安全隐患；而现有锑基掺杂方案尚未形成成熟的低成本制备工艺，如高纯度锑源提纯难度大、掺杂剂分散性差，导致量产应用受限。随着光伏产业对转换效率（目标突破26%）、半导体产业对功率密度（目标提升30%）的追求不断升级，研发一种兼具低温扩散、高稳定性、高迁移率与工艺兼容性的新型锑基重掺复合掺杂剂，已成为突破单晶硅器件性能瓶颈、推动产业升级的迫切需求。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂，针对bc电池的单晶硅重掺杂场景，解决传统磷或砷重掺存在的高温扩散损失大、载流子迁移率低、晶格缺陷多等问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供一种掺杂型单晶硅材料。

4、本发明的第四目的在于提供一种所述的锑基重掺复合掺杂剂在bc电池领域的应用。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、一种单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂，包括按重量份数计如下组分制备得到：

7、锑源60~70份、锗源15~20份、扩散促进剂8~12份、界面修饰剂3~5份和抗氧化剂2~3份。

8、优选地，所述锑源包括sb、sb2o3、sbcl3中的至少一种。

9、优选地，所述锗源包括ge、geo2中的至少一种。

10、优选地，所述扩散促进剂包括b2o3、h3bo3、p2o5、as2o3中的至少一种。

11、优选地，所述界面修饰剂包括硅烷偶联剂。

12、优选地，所述抗氧化剂包括sno、geo、tio、sio中的至少一种。

13、一种所述的锑基重掺复合掺杂剂的制备方法，包括如下步骤：

14、将锑源、锗源、扩散促进剂和抗氧化剂混合，进行湿法研磨并得到均匀浆料；向所述浆料中加入界面修饰剂，进行保温反应；待反应后依次进行喷雾干燥、烧结和活化，得到锑基重掺复合掺杂剂。

15、优选地，所述湿法研磨的转速为100rpm~400rpm，时长为2h~4h。

16、优选地，所述保温反应的温度为50℃~70℃，时长为1.5h~3h。

17、优选地，通过所述喷雾干燥得到粒径为5μm~10μm的颗粒物料。

18、优选地，所述烧结的温度为700℃~800℃，时长为2h~4h；

19、更优选地，所述烧结的升温速度为3℃/min~8℃/min。

20、优选地，所述活化包括：在所述烧结完成后且降温至500℃时，持续通入含氢气的混合气，保温0.8h~2h；

21、更优选地，所述混合气中的氢气含量为4vt.%~8vt.%。

22、一种掺杂型单晶硅材料，采用包括所述的锑基重掺复合掺杂剂进行制备得到。

23、以及所述的锑基重掺复合掺杂剂在bc电池方面的用途。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、（1）本发明提供了一种锑基重掺复合掺杂剂，用于单晶硅重掺杂场景时能够实现如下性能效果：其一，掺杂浓度精准控制，满足重掺区域电学需求；其二，降低扩散温度，减少硅片热应力损伤；其三，有效提升载流子迁移率。

26、具体而言：其一，传统重掺杂存在挥发严重、分凝系数小导致轴向均匀性差、有效掺杂效率不稳定等问题，难以精准实现目标电阻率，本发明所提供的锑基重掺复合掺杂剂通过组分协同配比，以sb-ge体系形成热力学性质更稳定的前驱体，改善熔体分凝性质，抑制挥发损失。其二，传统对掺杂剂进行高温扩散或高能离子注入后仍需高温退火，容易引入热缺陷（如位错、滑移线），增加硅片翘曲，对薄片化趋势的bc电池尤为不利；本发明所提供的锑基重掺复合掺杂剂在进行扩散时存在良好的扩散效应，且经活化后有效降低扩散活化能，进而有效降低扩散温度。其三，重掺杂通常会引入大量电离杂质，导致强烈的电离杂质散射，显著降低载流子迁移率，从而增加电阻，影响电池填充因子和效率；而本发明中通过精确配比的sb-ge共掺杂，可以补偿或拉直因重掺锑导致的晶格畸变，恢复晶格的周期性，同时降低杂质散射，进而得到良好的电池性能表现。

27、（2）本发明的锑基重掺复合掺杂剂与现有单晶硅制备工艺（乳直拉法、区熔法）及bc 电池钝化或电极工艺兼容，可适配旋涂、喷涂、丝网印刷等现有工艺，无需新增专用设备，便于产业化推广。

1.一种单晶硅用锑基重掺复合掺杂剂，其特征在于，包括按重量份数计如下组分制备得到：

2.根据权利要求1所述的锑基重掺复合掺杂剂，其特征在于，所述锑源包括sb、sb2o3、sbcl3中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的锑基重掺复合掺杂剂，其特征在于，所述扩散促进剂包括b2o3、h3bo3、p2o5、as2o3中的至少一种；

4.如权利要求1~3任一项所述的锑基重掺复合掺杂剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述湿法研磨的转速为100rpm~400rpm，时长为2h~4h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述保温反应的温度为50℃~70℃，时长为1.5h~3h；

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为700℃~800℃，时长为2h~4h；

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活化包括：在所述烧结完成后且降温至500℃时，持续通入含氢气的混合气，保温0.8h~2h；

9.一种掺杂型单晶硅材料，其特征在于，采用包括如权利要求1~3任一项所述的锑基重掺复合掺杂剂进行制备得到。

10.如权利要求1~3任一项所述的锑基重掺复合掺杂剂在bc电池方面的用途。