太陽電池用晶硅材料

《太陽電池用晶硅材料》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、太陽電池用晶硅材料太陽電池用晶硅材料.txt48微笑，是春天里的一絲新綠，是驕陽下的餓一抹濃蔭，是初秋的一縷清風(fēng)，是嚴(yán)冬的一堆篝火。微笑著去面對吧，你會感到人生是那樣溫馨。本文由fernost001貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。太陽電池用晶硅材料1現(xiàn)用太陽電池硅材料目前全世界光伏工業(yè)晶體硅太陽電池所用的晶錠的投爐料,都采用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅及其單晶硅的頭尾料,其總量約占半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)硅料的1/10,約為1000～1200噸/年.這種硅料的純度大部分仍在6N到7

2、N,價(jià)格依其品位約在10一20美元/kg.目前半導(dǎo)體工業(yè)用的投爐多晶硅料是采用三氯氫硅精餾法(西門子法)生產(chǎn)的,采用改進(jìn)的西門子法并擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)是未來降低成本的有效措施之一.由于經(jīng)費(fèi)制約,我國太陽級硅的研究工作限于較簡易的化學(xué)與物理提純.化學(xué)提純是將純度較高的冶金級硅(99%)加工成細(xì)顆粒后,使用鹽酸,王水,氫氟酸等進(jìn)行酸洗革取,可將含鐵量降到200ppm量級,然后再進(jìn)行二次定向凝固(早期使用二次直拉),將含鐵量降到0.3ppm量級,但其純度及成本均未能達(dá)到要求.我國具有純度高的石英砂資源,并生產(chǎn)大量冶金級硅供應(yīng)

3、出口,采用冶金硅精煉的方法生產(chǎn)太陽級硅將來具有潛力.1.1單晶硅材料單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程:石英砂一冶金級硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割.硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中.它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成.該過程能量消耗很高,約為14kwh/kg,因此硅的生產(chǎn)通常在水電過剩的地方(挪威,加拿大等地)進(jìn)行.這樣被還原出來的硅的純度約98%一99%,稱為冶金級硅(MG一Si).大部分冶金級硅用于制鐵和制鋁工業(yè).目前全世界冶金級硅的產(chǎn)量約為50萬噸/年.半導(dǎo)體工業(yè)用硅占硅總量的很小一部

4、分,而且必須進(jìn)行高度提純.電子級硅的雜質(zhì)含量約10-10%以下.典型的半導(dǎo)體級硅的制備過程:粉碎的冶金級硅在硫化床反應(yīng)器中與HCI氣體混合并反應(yīng)生成三氯氫硅和氫氣,Si+3HCI→SiHC13+H2.由于SiHC13在30℃以下是液體,因此很容易與氫氣分離.接著,通過精餾使SiHC13與其它氯化物分離,經(jīng)過精餾的SiHCl3,其雜質(zhì)水平可低于10-10%的電子級硅要求.提純后的SiHC13通過CVD原理制備出多晶硅錠.基于同樣原理可開發(fā)出另一種提純方法,即在硫化床反應(yīng)器中,用Si烷在很小的Si球表面上原位沉積出Si.

5、此法沉積出的Si粉未顆粒只有十分之幾毫米,可用作CZ直拉單晶的投爐料或直接制造Si帶.拉制單晶有CZ法(柑禍拉制)和區(qū)熔法兩種.CZ法因使用石英柑蝸而不可避免地引入一定量的氧,對大多數(shù)半導(dǎo)體器件來說影響不大,但對高效太陽電池,氧沉淀物是復(fù)合中心,從而降低材料少子壽命.區(qū)熔法可以獲得高純無缺陷單晶.常規(guī)采用內(nèi)圓切割(ID)法將硅錠切成硅片,該過程有50%的硅材料損耗,成本昂貴.現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出多線切割法,可以切出很薄(～100Pm)的硅片,切割損失小(～30%),硅片表面切割損傷輕,有利于提高電池效率,切割成本低.1.2

6、多晶硅材料由于硅材料占太陽電池成本中的絕大部分,降低硅材料的成本是光伏應(yīng)用的關(guān)鍵.澆鑄多晶硅技術(shù)是降低成本的重要途徑之一,該技術(shù)省去了昂貴的單晶拉制過程,也能用較低純度的硅作投爐料,材料及電能消耗方面都較省.1)鑄錠工藝鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種.定向凝固法是將硅料放在柑塌中加以熔融,然后將柑塌從熱場中逐漸下降或從增蝸底部通上冷源以造成一定的溫度梯度,使固液界面從柑蝸底部向上移動而形成晶錠.定向凝固法中有一種稱為熱交換法(HEM),在柑禍底部通入氣體冷源來形成溫度梯度.澆鑄法是將熔化后的硅液從增禍中倒入另一

7、模具中凝固以形成晶錠,鑄出硅錠呈方形,切成的硅片一般尺寸為10cmXl0cm,平均晶粒尺寸從毫米到厘米.鑄錠法中需要解決的主要問題是:(1)盛硅容器的材質(zhì).國為硅熔體冷凝時(shí)會牢固地粘附在柑禍的內(nèi)壁,若兩者的膨脹系數(shù)不同,硅固化時(shí)體積增加9%,會使硅錠產(chǎn)生裂紋或破碎.此外,熔化硅幾乎能與所有材料起化學(xué)反應(yīng),因而柑禍對硅料的污染必須控制在太陽級硅所允許的限度以內(nèi).(2)晶體結(jié)構(gòu).用調(diào)整熱場等方法控制晶體結(jié)構(gòu),以生長出大小適當(dāng)(數(shù)毫米)的具有單向性的晶粒,并盡量減少晶體中的缺陷,這樣才有可能制成效率較高的電池.近年來,鑄錠

8、工藝主要朝大錠的方向發(fā)展.技術(shù)先進(jìn)的公司生產(chǎn)的鑄錠多在55cmX55cm(錠重150kJ左右,目前65cmX65cm(錠重230kJ的方形硅錠也已被鑄出,鑄錠時(shí)間在3一43h范圍,切片前硅材料的實(shí)收率可達(dá)到83.8%.大型鑄錠爐多采用中頻加熱,以適應(yīng)大形硅錠及工業(yè)化規(guī)模.與此同時(shí),硅錠質(zhì)量也得到明顯的改進(jìn),經(jīng)過工藝優(yōu)化和柑蝸材質(zhì)改進(jìn),使缺陷及雜