太阳能级多晶硅标准的现状及发展

・118・材料导报:综述篇  2009年5月(上) 第23卷第5期

太阳能级多晶硅标准的现状及发展3

靳瑞敏1,2, 郭新峰1, 陈兰莉1, 罗鹏辉1, 郑小燕1

(1 南阳理工学院太阳能电池研究所, 南阳473004;2 河南省太阳能电池工程研究中心, 南阳473000)

摘要  回顾了太阳能级多晶硅标准这一问题的由来, 分析了制定太阳能级多晶硅标准中的有关杂质含量的争论, 对太阳能级多晶硅标准提出了一些看法和思考:应加快以物理法多晶硅为原料制作太阳能电池技术问题的研究; 解决太阳能电池的衰减、生产工艺改进及物理法多晶硅性能的稳定性问题; 多晶硅标准最终应该是一个不区分生产方法的、以主要杂质含量为指标的标准。

关键词  太阳能级多晶硅 标准 杂质含量

中图分类号:TN304. 12; TM914. 4     文献标识码:A

Status and Future of Criteria of Solar Poly 2silicon

J IN Ruimin 1,2, GUO Xinfeng 1, C H EN Lanli 1, L UO Penghui 1, ZH EN Xiaoyan 1

(1 Research Center of Solar Cell ,Nanyang Institute of Technology , Nanyang 473004;

2 Henan Research Center of Solar Cell , Nanyang 473000)

Abstract   In the paper , the criteria of solar poly 2silicon is reviewed , the impurities in solar poly 2silicon is discussed , the criteria of solar poly 2silicon is prospected. Some on by physical way are advised ,including research on technology of solar cell using , cell and the sta 2bility of poly 2silicon by physical way. Poly 2silicon by preparation method but the impurities content.

K ey w ords   solar poly 21 太阳能电池市场在能源比例结构中一直份额较小, 在这

一较小的份额中, 太阳能电池根据材料不同又可分为硅材料电池和非硅材料电池, 非硅材料包括多元化合物薄膜太阳电池、有机半导体薄膜太阳电池、纳米晶化学太阳电池等[1], 虽然多晶硅太阳能电池一直占太阳能电池的主流位置, 但其原材料并没有形成自己的供应链产业, 太阳能所用的电池一直是采用半导体级的高纯硅的副产品, 多晶硅制造、拉晶、切片及IC 工艺过程中达不到相应要求的硅材料, 俗称锅底料、边角料、头尾料等, 因此, 太阳能级多晶硅过去在国内外一直没有统一的标准。

随着社会的发展, 能源供需矛盾日趋紧张, 人类所使用的能源80%以上是由矿物燃料提供的[2], 矿物燃料的燃烧每年向大气释放的二氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物等有害气体, 是造成温室效应和酸雨的主要因素[3], 这种传统能源消耗造成的环境破坏日趋严重, 并且传统能源是不可再生的, 所以, 可再生能源日益受到各国政府的日益重视[4-14], 太阳能发电作为一种重要的可再生能源, 其开发和利用已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。预计未来太阳能发电将在人类能源总量中占据更加重要的位置。随着太阳能光

伏产业的爆炸式发展, 多晶硅材料依赖IC 产业废次原料的模式已经无法满足太阳能产业的需要, 由于原材料短缺, 大多数太阳能电池企业不能满负荷运转。在这种情况下, 多晶硅材料的售价陡然暴涨, 这使得进入市场的原料质量不一, 部分伪劣产品流入市场, 商业纠纷时有发生; 并且导致下游太阳能电池制造商按标准化生产的产品质量不稳定, 增加了生产成本, 更重要的是影响了信誉。因此, 建立太阳能级多晶硅标准和检测方法是一个需要解决并必须解决的问题, 有了这一标准就可以对太阳能级多晶硅原料质量进行有力监管。

2 太阳能级多晶硅标准的现状

近年来, 有关部门、机构就太阳能级多晶硅标准问题多次召开会议, 其中, 较近的一次是在2008年3月30日, 全国有色金属标准化技术委员会在无锡组织举办《太阳能级多晶

(初稿) 讨论会, 许多专家学者参加了会议, 笔者硅国家标准》

(初稿) 的参数设定、也参加了讨论, 与会代表对《国家标准》

检测方法、判定依据等进行了深入分析, 一致认为:目前制定一个统一的太阳能级多晶硅国家标准的理论依据和试验基础皆不充足, 标准文本尚不成熟。

争论的问题主要有如下几个:什么是太阳能级多晶硅?

 3国家高技术产业计划项目(发改办高技072490) ; 河南省基础与前沿研究项目(N0. [1**********]0)

 靳瑞敏:男,1967年生, 教授, 博士, 主要从事多晶硅太阳能电池研究 E 2mail :jinruimin2004@163. com

太阳能级多晶硅标准的现状及发展/靳瑞敏等

限定太阳能级多晶硅中主要影响光伏转换效率的元素含量为多少合适? 太阳能级多晶硅的生产方法是不是需要区分?

定义太阳能级多晶硅是个根本问题, 但是以电池效率的多少为指标还是以多晶硅的杂质含量为指标? 其实, 多晶硅的杂质含量与太阳能电池的效率是紧密相连的, 纯度很高的电子级多晶硅(11个9, 通常称11N ) 是制作不成太阳能电池的, 必须掺入杂质, 这就是为什么以前国际国内太阳能电池等级的多晶硅大都采用单晶硅棒纯度略低的头尾料, 或单晶炉的锅底剩料来进一步熔炼、掺杂、勾兑并再次熔融铸锭而成太阳能级多晶硅。一般认为6~7个9的多晶硅就可以做太阳能电池了; 如果杂质含量增加, 就会大大影响光伏转换效率。研究表明, 影响光伏转换效率的元素有P 、B 、C 、O 、Fe 、Cr 、Ni 、Cu 、Zn 、Ca 、Mg 、Al 等, 并且这些元素之间也相互

[15-20]

影响, 而这些相互影响的关系非常复杂, 到目前为止, 对其作用机制和精确数量关系的研究仍不深入, 所以, 制定太阳能级多晶硅纯度标准的理论基础不很成熟。

可是, 多晶硅太阳能电池是最早商业化的硅太阳能电池, 具有转换效率高、稳定性好、寿命长等优点, 是目前光伏市场上的主导产品, 这些生产厂家难道就没有自己的标准? 当然不是, 比如南京中电电气半导体材料有限公司太阳能级多晶硅片P 型氧浓度不大于1. 0×1018at/cm 3, 碳浓度不大于5×1016at/cm 3, 少子寿命高于2μs 。那么, 为什么就不能制定统一的太阳能级多晶硅标准? 的原因。

, 再与杂料进行混合掺用, 德国、日本和意大利等少数发达国家, 以上4国产量占世界多晶硅产量总和的90%以上, 其核心技术多是德国西门子公司的改良技术, 属于化学提纯法, 当然还有硅烷法和流化床法等生产方法。由于单晶硅产量的限制和价格大幅度上涨的影响, 近来, 采用物理提纯技术生产太阳能电池等级多晶硅正在进入产业化阶段[21,22]。物理提纯技术研究开始于20世纪80年代, 其基本思路是将多晶硅纯度自下而上地提高(Bottom up ) , 与目前世界上的主生产方式———改良型德国西门子化学方法纯度自上而下(Top down ) 的模式迥然不同。

化学法与物理法都是以金属硅为原料, 所谓化学法就是金属硅中的硅元素参加化学反应, 生成硅的化合物四氯化硅或三氯氢硅, 然后把硅的化合物从杂质中分离出来, 最后, 把硅元素还原成为多晶硅。物理法就是金属硅中的硅元素不参加化学反应, 分别用不同的方法分步去除不同的杂质而达到提纯的目的, 因为这一方法在很多方面与冶金炉外精炼的方法类似, 所以也称冶金法。

化学法生产的电子级多晶硅纯度很高, 进行掺杂后, 其纯度参数可以很容易达到很高的纯度指标。而物理法正好相反, 是除去对太阳能电池转换效率有害的元素, 而这些有害杂质相互影响, 关系非常复杂, 同时又存在一个提纯成本与提高太阳能电池转换效率的权衡取舍问题:是追求高效率? 或是为降低提纯成本而降低效率?

・119・

因此, 如果只对化学法生产的多晶硅而言, 制定太阳能级多晶硅标准没有问题; 如果包括物理法, 就出现了困难。

3 太阳能级多晶硅标准的思考

我们希望的是一个不区分生产方法的全面普适的多晶硅标准。根据以上现状和分析, 本文对太阳能级多晶硅标准有以下思考和建议。

(1) 加快对以物理法多晶硅为原料制作太阳能电池技术问题的研究。制定一个普适的太阳能级多晶硅标准的问题, 从未来看就是用物理法多晶硅为原料制作太阳能电池的可行性问题。根据北京光伏研讨会的分析数据, 目前中国采用的廉价5N 物理法多晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%,2天后衰减到11%。Timminco 物理法多晶硅纯度为5N , 硼为0. 8×10-6, 磷为5×10-6(年报第9页) , 日本川崎制铁以物理法多晶硅制备的太阳能电池, 效率在14. 1%[21], 法国以物理法多晶硅制备的太阳能电池, 效率在12. 2%左右[22]。既然效率为6%~8%的多(纳) 晶硅薄膜太阳能电池可以被市场接受[23], 那么, 以物理法多晶硅制备的电池从发出的硅片, 1~20Ω・cm , 少

, , (因为物理法提纯, 所以太阳能电池的生产工艺也应该区别于现有的太阳能电池的生产工艺, 应该加入专门吸杂的过程, 这种工艺可以降低对材料的要求, 尽可能提高太阳能电池效率, 从而制造出低成本、相对高效率的太阳能电池。

(3) 加快研究解决物理法多晶硅性能的稳定性问题。因为物理法的提纯技术和原材料金属硅的成分差别很大, 因此多晶硅片的稳定性是一个重要的问题。这要求从原材料的选取到各个提纯工艺都要精确控制。当然, 这一过程仍然有许多问题待解决, 关键是成本问题、性价比问题。

(4) 加快研究解决以物理法多晶硅为原料的太阳能电池的衰减问题。太阳能电池的衰减是个老问题, 最早是在非晶硅太阳能电池中被发现。其实在几乎所有的硅材料太阳能电池中都存在衰减问题, 只是程度不同而已[24]。关于太阳能电池衰减的原因还不十分清楚, 对非晶硅太阳能电池, 通常认为是Si 2H 键不稳定, 在光照情况下断裂成悬挂键, 形成复合中心, 从而使非晶硅太阳能电池效率衰减, 不过衰减后电池效率稳定, 经过钝化后电池效率仍然可以恢复[25]。目前物理法多晶硅制备的太阳能电池之所以衰减严重, 肯定与其中的有害杂质有关, 研究电池效率的衰减与有害杂质的关系以及如何提纯(或控制) 这些有害杂质是一个有意义的研究方向。

4 结束语

由于全世界太阳能电池加速普及, 太阳能光伏产业爆炸式发展, 造成太阳能级多晶硅严重短缺, 各种技术路线的多

・120・材料导报:综述篇  2009年5月(上) 第23卷第5期

晶硅项目纷纷上马, 太阳能电池产业面临的问题迫切需要尽

快建立太阳级多晶硅标准。目前, 国外多晶硅研发的新工艺技术几乎全是以满足太阳能光伏硅电池行业所需要的太阳能级多晶硅为原料, 可以设想, 这一领域的国际竞争将越来越激烈, 中国是一个光伏产业大国, 为增加中国在国际光伏产业中的竞争力, 成为光伏产业强国, 制定、推广、贯彻中国自己的光伏标准迫在眉睫。

目前, 因为物理法太阳能级多晶硅仍有一些问题需要研究, 一步到位地制定包括各种技术方案的标准困难太大, 所以, 可以初步制定一个不包括物理法多晶硅的标准, 以满足目前太阳能电池产业发展的需要。从未来市场长远地看, 标准应该包括物理法生产的多晶硅, 因此, 必须加快研究进程, 尽快解决物理法多晶硅的相关问题。如果条件许可, 应考虑到以我国自主知识产权的产品为主来制定标准。多晶硅标准最终应该是一个不区分生产方法的、以主要杂质含量为指标的普适的多晶硅标准。

南大学学报(自然科学版) ,2006,5(6) :749

16陈金学, 席珍强, 杨德仁. 铸造多晶硅中铁的磷吸杂和氢钝化

机理[J].半导体学报,2005, (8) :1548

17席珍强, 杨德仁, 陈君. 铸造多晶硅的研究进展[J].材料导

报,2001,15(2) :65

18赵慧, 徐征, 励旭东, 等. 磷铝吸杂在多晶硅太阳电池中的应

用[J].半导体学报,2005, (2) :242

19陈一, 周子美, 陈青松, 等. 淀积在硅片上起杂质吸除用的多

晶硅的研究[J].功能材料与器件学报,2001, (4) :401

20陈君, 杨德仁, 席珍强. 铸造多晶硅中铜沉淀的电子束诱生电

流[J].太阳能学报,2005, (1) :1

21Wolf S , Szlufcik J , Delannoy Y ,et al. Solar cells f rom up 2graded metallagical grade (UM G ) and plasma 2purified UM G multicrystalline silicon substrates [J ].Solar Energy Mater Solar Cell ,2002,72:49

22Sakaguchi Y , Yuge N , Nakamura N , et al. Purification of

metallic grade silicon up to solar grade by N EDO melt purifi 2cation process[C]//14th European photovoltan solar energy , Barcelona ,Spain ,1997:157

23卢景霄. [J].太阳能学报,

,27) 24. [A ]//雷永泉, 等编. 新能源材料

,2000:272

. 中温置备多晶硅薄膜及相关理论问题的研究[D ].

参考文献

1 梁宗存, 沈辉, 李戬洪, 等. 太阳能电池及材料研究[J].材料

导论,2000,14(8) :38

2 Cudzinovic M , Sopori B. Control of back surface reflectance

from aluminum alloyed contacts on silicon solar cells [C ]//Proceedings of the 25th IEEE Photovoltaic Specialists 2ference. Washington ,DC ,1996:501

3 Joong Hyun Park , Do Y , o , al.

High temperature Mo for TFT application[J].,2003,427:3034 薛钰芝, 张力, 林纪宁. 太阳能光伏技术的研究与发展[J].

郑州:郑州大学,2006

(责任编辑 曾文婷

)

大连铁道学院学报, 2003,24(4) :71

5 中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会. 中国光伏

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7 梁宗存, 沈辉, 李戬洪. 太阳能电池研究进展[J].能源工程,

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2000,22(2) :44

11张扬, 高辉. 太阳能利用与环境可持续发展是统一框架下的

系统工程———美洲百万太阳能屋顶计划启示[J].新能源,

2000,22(9) :51

12王强, 夏朝风. 浅析太阳能光伏技术的发展[J].新能源,

2000,22(2) :44

13杨维菊. 美国太阳能热利用考察及思考[J].世界建筑,2003,

(8) :83

14新光. 绿色电源———太阳能电池[J].世界电子元器件,2001,

(4) 38

15石湘波, 许志强, 施正荣, 等. 铸造多晶硅的吸杂含量[J].江

・118・材料导报:综述篇  2009年5月(上) 第23卷第5期

太阳能级多晶硅标准的现状及发展3

靳瑞敏1,2, 郭新峰1, 陈兰莉1, 罗鹏辉1, 郑小燕1

(1 南阳理工学院太阳能电池研究所, 南阳473004;2 河南省太阳能电池工程研究中心, 南阳473000)

摘要  回顾了太阳能级多晶硅标准这一问题的由来, 分析了制定太阳能级多晶硅标准中的有关杂质含量的争论, 对太阳能级多晶硅标准提出了一些看法和思考:应加快以物理法多晶硅为原料制作太阳能电池技术问题的研究; 解决太阳能电池的衰减、生产工艺改进及物理法多晶硅性能的稳定性问题; 多晶硅标准最终应该是一个不区分生产方法的、以主要杂质含量为指标的标准。

关键词  太阳能级多晶硅 标准 杂质含量

中图分类号:TN304. 12; TM914. 4     文献标识码:A

Status and Future of Criteria of Solar Poly 2silicon

J IN Ruimin 1,2, GUO Xinfeng 1, C H EN Lanli 1, L UO Penghui 1, ZH EN Xiaoyan 1

(1 Research Center of Solar Cell ,Nanyang Institute of Technology , Nanyang 473004;

2 Henan Research Center of Solar Cell , Nanyang 473000)

Abstract   In the paper , the criteria of solar poly 2silicon is reviewed , the impurities in solar poly 2silicon is discussed , the criteria of solar poly 2silicon is prospected. Some on by physical way are advised ,including research on technology of solar cell using , cell and the sta 2bility of poly 2silicon by physical way. Poly 2silicon by preparation method but the impurities content.

K ey w ords   solar poly 21 太阳能电池市场在能源比例结构中一直份额较小, 在这

一较小的份额中, 太阳能电池根据材料不同又可分为硅材料电池和非硅材料电池, 非硅材料包括多元化合物薄膜太阳电池、有机半导体薄膜太阳电池、纳米晶化学太阳电池等[1], 虽然多晶硅太阳能电池一直占太阳能电池的主流位置, 但其原材料并没有形成自己的供应链产业, 太阳能所用的电池一直是采用半导体级的高纯硅的副产品, 多晶硅制造、拉晶、切片及IC 工艺过程中达不到相应要求的硅材料, 俗称锅底料、边角料、头尾料等, 因此, 太阳能级多晶硅过去在国内外一直没有统一的标准。

随着社会的发展, 能源供需矛盾日趋紧张, 人类所使用的能源80%以上是由矿物燃料提供的[2], 矿物燃料的燃烧每年向大气释放的二氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物等有害气体, 是造成温室效应和酸雨的主要因素[3], 这种传统能源消耗造成的环境破坏日趋严重, 并且传统能源是不可再生的, 所以, 可再生能源日益受到各国政府的日益重视[4-14], 太阳能发电作为一种重要的可再生能源, 其开发和利用已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。预计未来太阳能发电将在人类能源总量中占据更加重要的位置。随着太阳能光

伏产业的爆炸式发展, 多晶硅材料依赖IC 产业废次原料的模式已经无法满足太阳能产业的需要, 由于原材料短缺, 大多数太阳能电池企业不能满负荷运转。在这种情况下, 多晶硅材料的售价陡然暴涨, 这使得进入市场的原料质量不一, 部分伪劣产品流入市场, 商业纠纷时有发生; 并且导致下游太阳能电池制造商按标准化生产的产品质量不稳定, 增加了生产成本, 更重要的是影响了信誉。因此, 建立太阳能级多晶硅标准和检测方法是一个需要解决并必须解决的问题, 有了这一标准就可以对太阳能级多晶硅原料质量进行有力监管。

2 太阳能级多晶硅标准的现状

近年来, 有关部门、机构就太阳能级多晶硅标准问题多次召开会议, 其中, 较近的一次是在2008年3月30日, 全国有色金属标准化技术委员会在无锡组织举办《太阳能级多晶

(初稿) 讨论会, 许多专家学者参加了会议, 笔者硅国家标准》

(初稿) 的参数设定、也参加了讨论, 与会代表对《国家标准》

检测方法、判定依据等进行了深入分析, 一致认为:目前制定一个统一的太阳能级多晶硅国家标准的理论依据和试验基础皆不充足, 标准文本尚不成熟。

争论的问题主要有如下几个:什么是太阳能级多晶硅?

 3国家高技术产业计划项目(发改办高技072490) ; 河南省基础与前沿研究项目(N0. [1**********]0)

 靳瑞敏:男,1967年生, 教授, 博士, 主要从事多晶硅太阳能电池研究 E 2mail :jinruimin2004@163. com

太阳能级多晶硅标准的现状及发展/靳瑞敏等

限定太阳能级多晶硅中主要影响光伏转换效率的元素含量为多少合适? 太阳能级多晶硅的生产方法是不是需要区分?

定义太阳能级多晶硅是个根本问题, 但是以电池效率的多少为指标还是以多晶硅的杂质含量为指标? 其实, 多晶硅的杂质含量与太阳能电池的效率是紧密相连的, 纯度很高的电子级多晶硅(11个9, 通常称11N ) 是制作不成太阳能电池的, 必须掺入杂质, 这就是为什么以前国际国内太阳能电池等级的多晶硅大都采用单晶硅棒纯度略低的头尾料, 或单晶炉的锅底剩料来进一步熔炼、掺杂、勾兑并再次熔融铸锭而成太阳能级多晶硅。一般认为6~7个9的多晶硅就可以做太阳能电池了; 如果杂质含量增加, 就会大大影响光伏转换效率。研究表明, 影响光伏转换效率的元素有P 、B 、C 、O 、Fe 、Cr 、Ni 、Cu 、Zn 、Ca 、Mg 、Al 等, 并且这些元素之间也相互

[15-20]

影响, 而这些相互影响的关系非常复杂, 到目前为止, 对其作用机制和精确数量关系的研究仍不深入, 所以, 制定太阳能级多晶硅纯度标准的理论基础不很成熟。

可是, 多晶硅太阳能电池是最早商业化的硅太阳能电池, 具有转换效率高、稳定性好、寿命长等优点, 是目前光伏市场上的主导产品, 这些生产厂家难道就没有自己的标准? 当然不是, 比如南京中电电气半导体材料有限公司太阳能级多晶硅片P 型氧浓度不大于1. 0×1018at/cm 3, 碳浓度不大于5×1016at/cm 3, 少子寿命高于2μs 。那么, 为什么就不能制定统一的太阳能级多晶硅标准? 的原因。

, 再与杂料进行混合掺用, 德国、日本和意大利等少数发达国家, 以上4国产量占世界多晶硅产量总和的90%以上, 其核心技术多是德国西门子公司的改良技术, 属于化学提纯法, 当然还有硅烷法和流化床法等生产方法。由于单晶硅产量的限制和价格大幅度上涨的影响, 近来, 采用物理提纯技术生产太阳能电池等级多晶硅正在进入产业化阶段[21,22]。物理提纯技术研究开始于20世纪80年代, 其基本思路是将多晶硅纯度自下而上地提高(Bottom up ) , 与目前世界上的主生产方式———改良型德国西门子化学方法纯度自上而下(Top down ) 的模式迥然不同。

化学法与物理法都是以金属硅为原料, 所谓化学法就是金属硅中的硅元素参加化学反应, 生成硅的化合物四氯化硅或三氯氢硅, 然后把硅的化合物从杂质中分离出来, 最后, 把硅元素还原成为多晶硅。物理法就是金属硅中的硅元素不参加化学反应, 分别用不同的方法分步去除不同的杂质而达到提纯的目的, 因为这一方法在很多方面与冶金炉外精炼的方法类似, 所以也称冶金法。

化学法生产的电子级多晶硅纯度很高, 进行掺杂后, 其纯度参数可以很容易达到很高的纯度指标。而物理法正好相反, 是除去对太阳能电池转换效率有害的元素, 而这些有害杂质相互影响, 关系非常复杂, 同时又存在一个提纯成本与提高太阳能电池转换效率的权衡取舍问题:是追求高效率? 或是为降低提纯成本而降低效率?

・119・

因此, 如果只对化学法生产的多晶硅而言, 制定太阳能级多晶硅标准没有问题; 如果包括物理法, 就出现了困难。

3 太阳能级多晶硅标准的思考

我们希望的是一个不区分生产方法的全面普适的多晶硅标准。根据以上现状和分析, 本文对太阳能级多晶硅标准有以下思考和建议。

(1) 加快对以物理法多晶硅为原料制作太阳能电池技术问题的研究。制定一个普适的太阳能级多晶硅标准的问题, 从未来看就是用物理法多晶硅为原料制作太阳能电池的可行性问题。根据北京光伏研讨会的分析数据, 目前中国采用的廉价5N 物理法多晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%,2天后衰减到11%。Timminco 物理法多晶硅纯度为5N , 硼为0. 8×10-6, 磷为5×10-6(年报第9页) , 日本川崎制铁以物理法多晶硅制备的太阳能电池, 效率在14. 1%[21], 法国以物理法多晶硅制备的太阳能电池, 效率在12. 2%左右[22]。既然效率为6%~8%的多(纳) 晶硅薄膜太阳能电池可以被市场接受[23], 那么, 以物理法多晶硅制备的电池从发出的硅片, 1~20Ω・cm , 少

, , (因为物理法提纯, 所以太阳能电池的生产工艺也应该区别于现有的太阳能电池的生产工艺, 应该加入专门吸杂的过程, 这种工艺可以降低对材料的要求, 尽可能提高太阳能电池效率, 从而制造出低成本、相对高效率的太阳能电池。

(3) 加快研究解决物理法多晶硅性能的稳定性问题。因为物理法的提纯技术和原材料金属硅的成分差别很大, 因此多晶硅片的稳定性是一个重要的问题。这要求从原材料的选取到各个提纯工艺都要精确控制。当然, 这一过程仍然有许多问题待解决, 关键是成本问题、性价比问题。

(4) 加快研究解决以物理法多晶硅为原料的太阳能电池的衰减问题。太阳能电池的衰减是个老问题, 最早是在非晶硅太阳能电池中被发现。其实在几乎所有的硅材料太阳能电池中都存在衰减问题, 只是程度不同而已[24]。关于太阳能电池衰减的原因还不十分清楚, 对非晶硅太阳能电池, 通常认为是Si 2H 键不稳定, 在光照情况下断裂成悬挂键, 形成复合中心, 从而使非晶硅太阳能电池效率衰减, 不过衰减后电池效率稳定, 经过钝化后电池效率仍然可以恢复[25]。目前物理法多晶硅制备的太阳能电池之所以衰减严重, 肯定与其中的有害杂质有关, 研究电池效率的衰减与有害杂质的关系以及如何提纯(或控制) 这些有害杂质是一个有意义的研究方向。

4 结束语

由于全世界太阳能电池加速普及, 太阳能光伏产业爆炸式发展, 造成太阳能级多晶硅严重短缺, 各种技术路线的多

・120・材料导报:综述篇  2009年5月(上) 第23卷第5期

晶硅项目纷纷上马, 太阳能电池产业面临的问题迫切需要尽

快建立太阳级多晶硅标准。目前, 国外多晶硅研发的新工艺技术几乎全是以满足太阳能光伏硅电池行业所需要的太阳能级多晶硅为原料, 可以设想, 这一领域的国际竞争将越来越激烈, 中国是一个光伏产业大国, 为增加中国在国际光伏产业中的竞争力, 成为光伏产业强国, 制定、推广、贯彻中国自己的光伏标准迫在眉睫。

目前, 因为物理法太阳能级多晶硅仍有一些问题需要研究, 一步到位地制定包括各种技术方案的标准困难太大, 所以, 可以初步制定一个不包括物理法多晶硅的标准, 以满足目前太阳能电池产业发展的需要。从未来市场长远地看, 标准应该包括物理法生产的多晶硅, 因此, 必须加快研究进程, 尽快解决物理法多晶硅的相关问题。如果条件许可, 应考虑到以我国自主知识产权的产品为主来制定标准。多晶硅标准最终应该是一个不区分生产方法的、以主要杂质含量为指标的普适的多晶硅标准。

南大学学报(自然科学版) ,2006,5(6) :749

16陈金学, 席珍强, 杨德仁. 铸造多晶硅中铁的磷吸杂和氢钝化

机理[J].半导体学报,2005, (8) :1548

17席珍强, 杨德仁, 陈君. 铸造多晶硅的研究进展[J].材料导

报,2001,15(2) :65

18赵慧, 徐征, 励旭东, 等. 磷铝吸杂在多晶硅太阳电池中的应

用[J].半导体学报,2005, (2) :242

19陈一, 周子美, 陈青松, 等. 淀积在硅片上起杂质吸除用的多

晶硅的研究[J].功能材料与器件学报,2001, (4) :401

20陈君, 杨德仁, 席珍强. 铸造多晶硅中铜沉淀的电子束诱生电

流[J].太阳能学报,2005, (1) :1

21Wolf S , Szlufcik J , Delannoy Y ,et al. Solar cells f rom up 2graded metallagical grade (UM G ) and plasma 2purified UM G multicrystalline silicon substrates [J ].Solar Energy Mater Solar Cell ,2002,72:49

22Sakaguchi Y , Yuge N , Nakamura N , et al. Purification of

metallic grade silicon up to solar grade by N EDO melt purifi 2cation process[C]//14th European photovoltan solar energy , Barcelona ,Spain ,1997:157

23卢景霄. [J].太阳能学报,

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参考文献

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