太阳电池用晶硅材料

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1、太阳电池用晶硅材料太阳电池用晶硅材料.txt48微笑，是春天里的一丝新绿，是骄阳下的饿一抹浓荫，是初秋的一缕清风，是严冬的一堆篝火。微笑着去面对吧，你会感到人生是那样温馨。本文由fernost001贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。太阳电池用晶硅材料1现用太阳电池硅材料目前全世界光伏工业晶体硅太阳电池所用的晶锭的投炉料,都采用半导体工业的次品硅及其单晶硅的头尾料,其总量约占半导体工业生产硅料的1/10,约为1000～1200吨/年.这种硅料的纯度大部分仍在6N到7

2、N,价格依其品位约在10一20美元/kg.目前半导体工业用的投炉多晶硅料是采用三氯氢硅精馏法(西门子法)生产的,采用改进的西门子法并扩大规模进行生产是未来降低成本的有效措施之一.由于经费制约,我国太阳级硅的研究工作限于较简易的化学与物理提纯.化学提纯是将纯度较高的冶金级硅(99%)加工成细颗粒后,使用盐酸,王水,氢氟酸等进行酸洗革取,可将含铁量降到200ppm量级,然后再进行二次定向凝固(早期使用二次直拉),将含铁量降到0.3ppm量级,但其纯度及成本均未能达到要求.我国具有纯度高的石英砂资源,并生产大量冶金级硅供应

3、出口,采用冶金硅精炼的方法生产太阳级硅将来具有潜力.1.1单晶硅材料单晶硅材料制造要经过如下过程:石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割.硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中.它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成.该过程能量消耗很高,约为14kwh/kg,因此硅的生产通常在水电过剩的地方(挪威,加拿大等地)进行.这样被还原出来的硅的纯度约98%一99%,称为冶金级硅(MG一Si).大部分冶金级硅用于制铁和制铝工业.目前全世界冶金级硅的产量约为50万吨/年.半导体工业用硅占硅总量的很小一部

4、分,而且必须进行高度提纯.电子级硅的杂质含量约10-10%以下.典型的半导体级硅的制备过程:粉碎的冶金级硅在硫化床反应器中与HCI气体混合并反应生成三氯氢硅和氢气,Si+3HCI→SiHC13+H2.由于SiHC13在30℃以下是液体,因此很容易与氢气分离.接着,通过精馏使SiHC13与其它氯化物分离,经过精馏的SiHCl3,其杂质水平可低于10-10%的电子级硅要求.提纯后的SiHC13通过CVD原理制备出多晶硅锭.基于同样原理可开发出另一种提纯方法,即在硫化床反应器中,用Si烷在很小的Si球表面上原位沉积出Si.

5、此法沉积出的Si粉未颗粒只有十分之几毫米,可用作CZ直拉单晶的投炉料或直接制造Si带.拉制单晶有CZ法(柑祸拉制)和区熔法两种.CZ法因使用石英柑蜗而不可避免地引入一定量的氧,对大多数半导体器件来说影响不大,但对高效太阳电池,氧沉淀物是复合中心,从而降低材料少子寿命.区熔法可以获得高纯无缺陷单晶.常规采用内圆切割(ID)法将硅锭切成硅片,该过程有50%的硅材料损耗,成本昂贵.现在已经开发出多线切割法,可以切出很薄(～100Pm)的硅片,切割损失小(～30%),硅片表面切割损伤轻,有利于提高电池效率,切割成本低.1.2

6、多晶硅材料由于硅材料占太阳电池成本中的绝大部分,降低硅材料的成本是光伏应用的关键.浇铸多晶硅技术是降低成本的重要途径之一,该技术省去了昂贵的单晶拉制过程,也能用较低纯度的硅作投炉料,材料及电能消耗方面都较省.1)铸锭工艺铸锭工艺主要有定向凝固法和浇铸法两种.定向凝固法是将硅料放在柑塌中加以熔融,然后将柑塌从热场中逐渐下降或从增蜗底部通上冷源以造成一定的温度梯度,使固液界面从柑蜗底部向上移动而形成晶锭.定向凝固法中有一种称为热交换法(HEM),在柑祸底部通入气体冷源来形成温度梯度.浇铸法是将熔化后的硅液从增祸中倒入另一

7、模具中凝固以形成晶锭,铸出硅锭呈方形,切成的硅片一般尺寸为10cmXl0cm,平均晶粒尺寸从毫米到厘米.铸锭法中需要解决的主要问题是:(1)盛硅容器的材质.国为硅熔体冷凝时会牢固地粘附在柑祸的内壁,若两者的膨胀系数不同,硅固化时体积增加9%,会使硅锭产生裂纹或破碎.此外,熔化硅几乎能与所有材料起化学反应,因而柑祸对硅料的污染必须控制在太阳级硅所允许的限度以内.(2)晶体结构.用调整热场等方法控制晶体结构,以生长出大小适当(数毫米)的具有单向性的晶粒,并尽量减少晶体中的缺陷,这样才有可能制成效率较高的电池.近年来,铸锭

8、工艺主要朝大锭的方向发展.技术先进的公司生产的铸锭多在55cmX55cm(锭重150kJ左右,目前65cmX65cm(锭重230kJ的方形硅锭也已被铸出,铸锭时间在3一43h范围,切片前硅材料的实收率可达到83.8%.大型铸锭炉多采用中频加热,以适应大形硅锭及工业化规模.与此同时,硅锭质量也得到明显的改进,经过工艺优化和柑蜗材质改进,使缺陷及杂