多晶硅制備方法及太陽(yáng)能電池發(fā)展現(xiàn)狀

多晶硅太陽(yáng)能電池 摘要 在全球氣候變暖、人類生態(tài)環(huán)境惡化、常規(guī)能源短缺并造成環(huán)境污染的 形勢(shì)下，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略普遍被世界各國(guó)接受。光伏能源以其具有充分的清 潔性、絕對(duì)的安全性、資源的相對(duì)廣泛性和充足性、長(zhǎng)壽命以及免維護(hù)性等 其它常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新能源。 由于不可再生能源的減少和環(huán)境污染的雙重壓力，使得光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā) 展；太陽(yáng)電池的發(fā)展也日新月異。太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了多晶 硅太陽(yáng)能電池的各種工藝，多晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，以及多晶硅的 制備方法，并展望了多晶硅太陽(yáng)能電池的研究趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：多晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)展趨勢(shì) 1 多晶硅太陽(yáng)能電池 目錄 緒言............................................................3 一.太陽(yáng)能電池概述..................

多晶硅太陽(yáng)能電池制作工藝概述 [雁舞白沙發(fā)表于2005-10-1618:11:00] 孫鐵囤陳東崔容強(qiáng)袁嘵 上海交通大學(xué)應(yīng)用物理系太陽(yáng)能所上?？臻g電源研究所 摘要大規(guī)模開發(fā)和利用光伏太陽(yáng)能發(fā)電,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生 產(chǎn)成本是其核心所在，由于近十年人們對(duì)太陽(yáng)電池理論認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入、生產(chǎn) 工藝的改進(jìn)、ic技術(shù)的滲入和新電池結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，電池的轉(zhuǎn)換效率得到較大的 提高，大規(guī)模生產(chǎn)上，多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率已接近單晶硅電池，在非晶硅電池 穩(wěn)定性問(wèn)題未取得較大進(jìn)展時(shí)，多晶硅電池受到人們的關(guān)注，其世界產(chǎn)量已接近 單晶硅，本文對(duì)目前多晶硅太陽(yáng)電池的工藝發(fā)展分別從實(shí)驗(yàn)室工藝和規(guī)?；a(chǎn) 兩個(gè)方面作了比較系統(tǒng)的描述。 1緒論 眾所周知，利用太陽(yáng)能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類提供主要的能源，但目前 來(lái)講，要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)

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多晶硅太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展

利用最先進(jìn)的光譜分析技術(shù),并結(jié)合現(xiàn)有的高效太陽(yáng)能電池,美國(guó)德拉瓦大學(xué)研制成功新型多晶硅太陽(yáng)能電池,其光電轉(zhuǎn)化效率是目前最先進(jìn)光伏太陽(yáng)能電池的兩倍,美國(guó)政府正積極推進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換原理主要是利用太陽(yáng)光射入太陽(yáng)能電池后產(chǎn)生電子電洞對(duì)，利用 p-n接面的電場(chǎng)將電子電洞對(duì)分離,利用上下電極將這些電子電洞引出，從而產(chǎn)生電流。整個(gè) 生產(chǎn)流程以多晶硅切片為原料，制成多晶硅太陽(yáng)能電池芯片。處理工藝主要有多晶硅切片清 洗、磷擴(kuò)散、氧化層去除、抗反射膜沉積、電極網(wǎng)印、燒結(jié)、鐳射切割、測(cè)試分類包裝等。 生產(chǎn)工藝主要分為以下過(guò)程： ⑴表面處理（多晶硅片清洗、制絨） 與單晶硅絨面制備采用堿液和異丙醇腐蝕工藝不同，多晶硅絨面制備采用氫氟酸和硝 酸配成的腐蝕液對(duì)多晶硅體表面進(jìn)行腐蝕。一定濃度的強(qiáng)酸液對(duì)硅表面進(jìn)行晶體的各相異性 腐蝕，使得硅表面成為無(wú)數(shù)個(gè)小“金字塔”組成的凹凸表面，也就是所謂的“絨面”，以增 加了光的反射吸收，提高電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。從電鏡的檢測(cè)結(jié)果看，小“金字塔” 的底邊平均約為10um。主要反應(yīng)式為： 32234hno4no

多晶硅太陽(yáng)能電池制作工藝概述 多晶硅太陽(yáng)能制作工藝概述 摘要大規(guī)模開發(fā)和利用光伏太陽(yáng)能發(fā)電,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是其核心 所 在，由于近十年人們對(duì)太陽(yáng)電池理論認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、ic技術(shù)的滲入和新電 池 結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，電池的轉(zhuǎn)換效率得到較大的提高，大規(guī)模生產(chǎn)上，多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率已接近單 晶 硅電池，在非晶硅電池穩(wěn)定性問(wèn)題未取得較大進(jìn)展時(shí)，多晶硅電池受到人們的關(guān)注，其世界產(chǎn)量 已 接近單晶硅，本文對(duì)目前多晶硅太陽(yáng)電池的工藝發(fā)展分別從實(shí)驗(yàn)室工藝和規(guī)?；a(chǎn)兩個(gè)方面作 了 比較系統(tǒng)的描述。 1緒論 眾所周知，利用太陽(yáng)能有許多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電將為人類提供主要的能源，但目前來(lái)講，要使太陽(yáng) 能 發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)者接受，提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本應(yīng)該 是 我們追求的最大目標(biāo)，從目前國(guó)際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、

大規(guī)模開發(fā)和利用光伏太陽(yáng)能發(fā)電,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是其核心所在,由于近十年人們對(duì)太陽(yáng)電池理論認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、ic技術(shù)的滲入和新電池結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),電池的轉(zhuǎn)換效率得到較大的提高,大規(guī)模生產(chǎn)上,多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率已接近單晶硅電池,在非晶硅電池穩(wěn)定性問(wèn)題未取得較大進(jìn)展時(shí),多晶硅電池受到人們的關(guān)注,其世界產(chǎn)量已接近單晶硅,本文對(duì)目前多晶硅太陽(yáng)電池的工藝發(fā)展分別從實(shí)驗(yàn)室工藝和規(guī)?；a(chǎn)兩個(gè)方面作了比較系統(tǒng)的描述。

單晶硅太陽(yáng)能電池與多晶硅太陽(yáng)能電池區(qū)別和共同點(diǎn) 單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成 許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶 核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在 物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶 硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質(zhì)了，一般的 半導(dǎo)體器件要求硅的純度六個(gè)9以上。大規(guī)模集成電路的要求更高，硅的純度必 須達(dá)到九個(gè)9。目前，人們已經(jīng)能制造出純度為十二個(gè)9的單晶硅。單晶硅是電 子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。 多晶硅是制造單晶硅的原料。 單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化的效率更高些！ 單晶硅與多晶硅的區(qū)別在于它們的原子結(jié)構(gòu)排列單晶是有序排列多晶是 無(wú)序排列主要是有它們的

通過(guò)鋁誘導(dǎo)晶化非晶硅(aluminum-inducedcrystallization,aic)制備的多晶硅薄膜具有較高的鋁摻雜濃度(2×1018cm-3),不適宜作為薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層.我們提出了qcgeaic法,即:硅原子的快速擴(kuò)散;冷卻成核;晶粒的慢速生長(zhǎng);鋁原子的向外擴(kuò)散.通過(guò)精確控制aic過(guò)程中退火溫度及模式制備了摻雜率為2×1016cm-3的高品質(zhì)多晶硅薄膜.二次離子質(zhì)譜(secondary-ion-massspectroscopy,sims)結(jié)果表明:制備多晶硅薄膜中鋁殘留濃度依賴于退火的溫度模式;霍爾效應(yīng)測(cè)試結(jié)果表明:制備多晶硅薄膜的摻雜率依賴于退火的溫度和退火模式;拉曼光譜表明:通過(guò)qcgeaic制備的多晶硅薄膜中包含有少量由小顆粒硅組成的區(qū)域.

首先從定向凝固的原理講起,其中涉及定向凝固的一些重要的工藝參數(shù)以及多晶硅鑄錠的組織結(jié)構(gòu);其次,介紹了多晶硅鑄錠的幾種凝固方法,尤其著重講了一下熱交換法的應(yīng)用;并在結(jié)尾提到了現(xiàn)在鑄錠法中需要改進(jìn)和解決的主要問(wèn)題。

介紹了多晶硅太陽(yáng)能電池的噪聲測(cè)試方法,利用其噪聲進(jìn)行可靠性篩選,設(shè)計(jì)了一套完整的太陽(yáng)能噪聲測(cè)試系統(tǒng),自動(dòng)測(cè)量了太陽(yáng)能電池噪聲,詳細(xì)研究了多晶硅太陽(yáng)能電池噪聲測(cè)試方法及過(guò)程.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,運(yùn)用噪聲測(cè)試可以快速、準(zhǔn)確、無(wú)損地對(duì)多晶硅太陽(yáng)能電池進(jìn)行可靠性篩選.

綜述了各類太陽(yáng)能電池的優(yōu)缺點(diǎn)和研究應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)及制備工藝和多晶硅薄膜的各種不同制備方法及其優(yōu)缺點(diǎn),最后對(duì)多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的研究及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池的區(qū)別 太陽(yáng)能電池最早問(wèn)世的是單晶硅太陽(yáng)能電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的 存在，可說(shuō)是取之不盡，用硅來(lái)制造太陽(yáng)能電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人 們?cè)谏a(chǎn)單晶硅太陽(yáng)能電池的同時(shí)，又研究了多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池，至今商業(yè) 規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池，還沒有跳出硅的系列。其實(shí)可供制造太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料很多，隨 著材料工業(yè)的發(fā)展、太陽(yáng)能電池的品種將越來(lái)越多。目前已進(jìn)行研究和試制的太陽(yáng)能電池，除硅 系列外，還有硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等許多類型的太陽(yáng)能電池，舉不勝舉，以下介紹幾種較常 見的太陽(yáng)能電池。 單晶硅太陽(yáng)能電池 單晶硅太陽(yáng)能電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽(yáng)能電池，它的構(gòu)成和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣 泛用于宇宙空間和地面設(shè)施。這種太陽(yáng)能電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999％。 為了降低生產(chǎn)成本

半導(dǎo)體(電子)及太陽(yáng)能電池材料的多晶硅 一、概要 1、從鍺到硅 鍺：融點(diǎn)960℃用石英或炭的容器來(lái)熔化。 硅：融點(diǎn)1420℃炭和石英反應(yīng)生成。（沸點(diǎn)：2355℃） 最初半導(dǎo)體的產(chǎn)生從生產(chǎn)使用方便的鍺材料開始的，隨著技術(shù)進(jìn)步，開始使用了特別顯 著性質(zhì)的硅（從1965年的硅的生產(chǎn)量超過(guò)了鍺的生產(chǎn)量），用于太陽(yáng)能電池就從這時(shí)開始的。 2、硅的特性 半導(dǎo)體：導(dǎo)體、絕緣物的中間導(dǎo)電物。 導(dǎo)電：有p型與n型。根據(jù)溫度有所變化，p型n型的結(jié)合。（p型：空穴；n型：電 子） 常溫下，本征半導(dǎo)體硅的電導(dǎo)率是230000ω·cm，1100℃時(shí)為0.01ω·cm.純度為9個(gè)9 時(shí)為100ω·cm，10個(gè)9時(shí)為1000ω·cm。所含雜質(zhì)越多，導(dǎo)電性越好。 3、高純度多晶硅的技術(shù)變化 進(jìn)入1950年開始工業(yè)性生產(chǎn)（美國(guó)du-pont）日本是從進(jìn)入1960年代

半導(dǎo)體(電子)及太陽(yáng)能電池材料的多晶硅 一、概要 1、從鍺到硅 鍺：融點(diǎn)960℃用石英或炭的容器來(lái)熔化。 硅：融點(diǎn)1420℃炭和石英反應(yīng)生成。（沸點(diǎn)：2355℃） 最初半導(dǎo)體的產(chǎn)生從生產(chǎn)使用方便的鍺材料開始的，隨著技術(shù)進(jìn)步，開始使用了特別顯 著性質(zhì)的硅（從1965年的硅的生產(chǎn)量超過(guò)了鍺的生產(chǎn)量），用于太陽(yáng)能電池就從這時(shí)開始的。 2、硅的特性 半導(dǎo)體：導(dǎo)體、絕緣物的中間導(dǎo)電物。 導(dǎo)電：有p型與n型。根據(jù)溫度有所變化，p型n型的結(jié)合。（p型：空穴；n型：電 子） 常溫下，本征半導(dǎo)體硅的電導(dǎo)率是230000ω·cm，1100℃時(shí)為0.01ω·cm.純度為9個(gè)9 時(shí)為100ω·cm，10個(gè)9時(shí)為1000ω·cm。所含雜質(zhì)越多，導(dǎo)電性越好。 3、高純度多晶硅的技術(shù)變化 進(jìn)入1950年開始工業(yè)性生產(chǎn)（美國(guó)du-pont）日本是從進(jìn)入1960年代

擴(kuò)散方阻對(duì)多晶硅太陽(yáng)能電池效率的影響

夏普將上市模塊轉(zhuǎn)換效率達(dá)14．4％，用于日本國(guó)內(nèi)住宅的多晶硅太陽(yáng)能電池模塊“nd-191av”。在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，還擴(kuò)大了可在屋頂設(shè)置的范圍，與以前產(chǎn)品相比，屋頂可設(shè)置容量平均達(dá)1．5倍。高效率的實(shí)現(xiàn)，得益于表面電極結(jié)構(gòu)的變更。太陽(yáng)能電池的電極由較租的busbar電極和較細(xì)的finger電極構(gòu)成。此次，將busbar電極從原來(lái)的2條增加到3條，同時(shí)還減小了所有電極的寬度。

隨著多晶硅產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,多晶硅生產(chǎn)中的環(huán)境問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。我國(guó)制備高純多晶硅的主流技術(shù)是改良西門子法,物理冶金法制備高純多晶硅企業(yè)有1～2家,是今后可能的發(fā)展方向之一。全面系統(tǒng)分析了改良西門子法和物理冶金法多晶硅生產(chǎn)中的產(chǎn)污環(huán)節(jié)、污染物種類及排污情況,為核算多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

據(jù)美國(guó)“技術(shù)評(píng)論”網(wǎng)站報(bào)道，麻省理工學(xué)院（mit）科學(xué)家最近發(fā)明了可大幅提高多晶硅太陽(yáng)能電池效率，同時(shí)維持低成本的方法。他們同時(shí)成立了一家名為1366的技術(shù)公司以將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。

來(lái)自美國(guó)佐治亞州理工學(xué)院與來(lái)自美國(guó)、日本和荷蘭的同事一起闡述了將p型電池電學(xué)特性植入有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的新方法，促進(jìn)了高效單層太陽(yáng)能電池的發(fā)展。通過(guò)簡(jiǎn)單地將薄膜在室溫環(huán)境快速浸入溶液，就可以獲得更為廉價(jià)的材料，用以替代大多數(shù)聚合物太陽(yáng)能電池和有機(jī)電子設(shè)備中使用的、并且需要在昂貴真空設(shè)備中制造的氧化鉬層。

尚德太陽(yáng)能電力宣布將開始量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率為18.8％的單晶硅太陽(yáng)能電池單元和17.2％的多晶硅太陽(yáng)能電池單元。這些新品將采用尚德的pluto技術(shù)，不僅降低了電池單元表面的光反射，在陽(yáng)光不直接照射的時(shí)段亦能集光，還使用新的布線方式，從而擴(kuò)大了受光面積，提升轉(zhuǎn)換效率。尚德還將強(qiáng)化pluto技術(shù)的開發(fā)，力爭(zhēng)在今后2年內(nèi)，在太陽(yáng)能電池單元的轉(zhuǎn)換效率方面，使單晶硅型達(dá)到20％、多晶硅型達(dá)到18％。