計(jì)劃增產(chǎn)太陽(yáng)能電池用多晶硅材料

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(kāi)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)

在簡(jiǎn)述太陽(yáng)能電池原理和發(fā)展的基礎(chǔ)上,分析了太陽(yáng)能電池用多晶硅的生產(chǎn)方法.認(rèn)為:改良的熔鹽電解法和熔鹽三層電解精煉法有可能直接制取太陽(yáng)能級(jí)多晶硅,此法一旦研究成功,將大幅度地降低太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)成本,應(yīng)引起人們的關(guān)注.

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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(kāi)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(kāi)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)模化生產(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

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(kāi)始的，隨著技術(shù)進(jìn)步，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)始的，隨著技術(shù)進(jìn)步，開(kāi)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(kāi)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(kāi)始工業(yè)性生產(chǎn)（美國(guó)du-pont）日本是從進(jìn)入1960年代

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.

高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)使多晶硅成為光伏市場(chǎng)的主要材料。隨著太陽(yáng)能電池向低成本化方向的發(fā)展,太陽(yáng)能電池用多晶硅鑄造技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)有著重要的意義。綜述了目前太陽(yáng)能電池用多晶硅錠、多晶硅帶和多晶硅薄膜的鑄造技術(shù)的起源、原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),以及采用不同鑄造方法制備的硅組織特點(diǎn),評(píng)述了新的太陽(yáng)能電池用多晶硅的鑄造方法,展望了新的鑄造太陽(yáng)能級(jí)多晶硅新技術(shù)。

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(méi)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(jiàn)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(kāi)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

-1- 多晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率仿真研究 徐耀敏 武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢（430070） e-mail：yaominxu@sina.com 摘要：本文結(jié)合多晶硅太陽(yáng)能電池這一具有廣泛應(yīng)用前景的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影 響因素，在分析各因素對(duì)太陽(yáng)能電池效率影響的基礎(chǔ)上，利用澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏 研究中心開(kāi)發(fā)一維半導(dǎo)體仿真軟件pc-1d作為仿真模擬平臺(tái)，從仿真角度分析如何提高現(xiàn)有 多晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，分析了設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池的理論方法，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供了可 靠的理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池?fù)Q轉(zhuǎn)效率，降低生產(chǎn)成本提供理論支持。 關(guān)鍵詞：多晶硅太陽(yáng)能電池；pc-1d；轉(zhuǎn)換效率；影響因素；仿真 中圖分類號(hào)：tn304.1 1.引言 自1954年第一片太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái)，作為清潔能源的太陽(yáng)能電池技術(shù)突飛猛進(jìn)，太

多晶硅太陽(yáng)能電池的激光摻雜

74 “嫦娥一號(hào)”有望于今年８月完成月球全貌拍攝 中國(guó)首顆月球探測(cè)衛(wèi)星“嫦娥一 號(hào)”有望于今年８月完成對(duì)月球表面 全貌的拍攝。由中國(guó)科協(xié)組織主辦的 “萬(wàn)名科技專家講科普”活動(dòng)日前在 京啟動(dòng)，中國(guó)繞月探測(cè)工 程總指揮欒恩杰在作首場(chǎng) 科普?qǐng)?bào)告時(shí)透露上述信 息。 欒恩杰還透露，中國(guó) 新一代大推力、無(wú)毒無(wú)污 染運(yùn)載火箭“長(zhǎng)征五號(hào)”， 生產(chǎn)基地已在天津建設(shè)， 預(yù)計(jì)６～７年后能投入航 天飛行。 “嫦娥一號(hào)”目標(biāo)之一就是要制 作一張?jiān)虑蛟旅矆D，欒恩杰介紹，現(xiàn) 在整個(gè)拍攝任務(wù)只剩下最后三軌的 圖像沒(méi)有獲取。他還透露，因?yàn)樾l(wèi)星 與月球之間位置變化的關(guān)系，“嫦娥 一號(hào)”搭載的相機(jī)隔３個(gè)月才能“見(jiàn) 到”月球一次。目前相機(jī)無(wú)法拍攝到 月球圖片，要等到５月份才能繼續(xù)工 作，屆時(shí)將有３個(gè)月的時(shí)間對(duì)月球進(jìn) 行拍攝，可以對(duì)月球表面全貌圖像進(jìn) 行進(jìn)一步完善。 欒恩杰說(shuō)，“嫦娥一號(hào)”目前運(yùn)行 正常

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(mén)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(mén)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。

尚德太陽(yáng)能電力宣布將開(kāi)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(kāi)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％。

利用電子背散射衍射(electronbackscattereddiffraction,ebsd)對(duì)太陽(yáng)能電池用多晶硅的晶界進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,太陽(yáng)能電池用多晶硅中的大部分晶界為大角度晶界,且以特殊晶界σ3和普通晶界為主,同時(shí)還存在少量小角度晶界。在制作太陽(yáng)能電池用多晶硅時(shí),重點(diǎn)要降低小角度晶界和σ3的含量。