铸造多晶硅的研究进展.doc

铸造多晶硅的研究进展
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铸造多晶硅的研究进展席珍强等
铸造多晶硅的研究进展
席珍强
杨德仁
'
陈
,
君
浙江大学硅材料国家重点实验室杭州
摘要
.
近年来由于低成本和高效率的优势铸造多晶硅成为最主要的光伏材料之一现在其铸造工艺相对成
,
,
,
.
熟对材料的缺陷和杂质的研究
,,
日趋深化
吸杂钝化及表面织构化等枝术的应用显著地改善了材料的电学和光学性
.
,
能实验室水平上用铸造多晶硅材料制成的太阳电池的转换效率高达究现状和存在的问题展望今后的发展方向
.
本文详细阐述了铸造多晶硅材料的研
关键词
铸造多晶硅
缺陷和杂质
电学性能
飞
,
一
,
,
.
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,
,
一
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,
引言
以光伏材料为基础所制得的太阳电池直接将太阳能转化
同时其内部存在大量的缺陷和杂质从而导致它的电学性能
,
低于单晶硅材料可是近年来通过对铸造工艺的改进对材料
,
.
内部缺陷和杂质的深入研究吸杂钝化以及表面织构化等技
,
,
为电能这被公认为解决能源和环境问题最有效的途径之一
,
.
术的提出和应用使多晶硅材料的电学光学性能有了明显的
,
,
自
年贝尔实验室研制出第一块太阳电池以来硅材料
,
,
,
改善从而使铸造多晶硅太阳电池的转换效率也得到了迅速
,
特别是单晶硅就作为最主要的光伏材料这是基于硅元素
丰富的储量微电子工业所积累的先进技术等优点晶硅太阳电池的成本较高目前其售价约为
此其高成本成为大规模实用化的障碍
出现逐渐打破
"
.
的提高从所示
.
,
年的
提高到
年的
环如图
,
.
然而单
,
,
,
美元
,
因
.
年代铸造多晶硅的
,
姗
..
单晶硅材料长期垄断的地位它以高的性能
在
,
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价格比不断排挤单晶硅市场
为
.
年代末其市场占有率仅
,
求)(琐戴哥撰
.
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.
左右而到了
,
,
年其占有率就高达
所示
"
.
成为最
.
主要的光伏材料如图
.
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年
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份
图
铸造多晶硅太阳电池转换效率的变化
,
单晶硅
本文将从铸造工艺体内性质及表面处理三个方面阐述
多晶硅材料的发展现状存在问题及未来展望
图
,
.
年各种光伏材料在市场上的占有率情况
,
铸造工艺及改进
原始工艺
同单晶硅材料一样铸造多晶硅具有较小的光吸收系数
片
本文受到国家自然科学基金
,
教育部优秀青年教师基金和教育部博士点基金资助
1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.
http://www.cnki.net
材料导报
年
,,
年
月第
,
卷第
期
公司首创了浇铸法制多晶硅材料一
.
,
其
,
碳作为铸造多晶硅中的另外一种杂质主要来源于石墨塔涡的砧污
,
后许多研究小组先后提出'多种铸造工艺川这些铸造工艺
主要分为两种方式一种方式是在一个石英钳涡内将多晶硅
.
处于替代位置上的碳对材料的电学性能并无影
,
响但是当碳的浓度超过其溶解度很多时就会有
沉淀生
,
熔化而后浇铸到石墨模具中另一种方式是在同一个柑祸内熔化后采用定向凝固的方法制造多晶硅
.
,
,
成诱生缺陷导致材料的电学性能变差
时
,
,
'
〕
.
.
在快速热处理
同氧一样碳在
,
.
其中后一种方式所
,,
一
共同吸杂效果明显依赖于碳的浓度
,
制出的多晶硅质量较好用定向凝固法制多晶硅的原理是严格控制垂直方向上的温度梯度使固液界面尽量平直从而生
长出取向较好的柱状多晶硅其电学性能均匀曰与单晶硅小
,
.
多晶硅中的行为十分复杂有关它们对材料电学性能的影响
需要进一步的研究
.
多晶硅中的过渡族金属元素
在硅材料中过渡族金属由于有着非常大的扩散系数如
,
同铸造出的多晶硅呈长方体除去极少量的边角料再采用
,,
,
线切割昂贵的材料损失就少多了其成本自然很低
尾料所以其体内的杂质含量很高
,
.
,
,
.
表
'
所示
,
所以除了从原材料带入这些杂质外在以后的
,
.
由于制造铸造多晶硅的原料主要为微电子工业剩下的头表
,
电池制作工艺中也不可避免地会引入这些杂质中铜和镍的
,
列出了铸造多晶硅
,
,
扩散系数较大即使淬火它们也