铸造太阳能发电硅单晶的生长

太阳能发电直拉硅单晶和铸造多晶硅是太阳电池的基础材料，占据了太阳能光伏市场的85%以上的份额。但是，两种硅晶体各自有不同的优缺点。 　　

太阳能发电的直拉硅单晶缺陷：密度低、晶体质量好，而且晶向单一为<100>，通过成熟的碱腐蚀工艺，可以制备较低表面反射率的绒面因此，其太阳电池效率高。 　　

但是，太阳能发电的直拉硅单晶的单位能耗高；对原料硅的质量要求高；晶体头尾和边皮切割造成的硅材料损耗大；另外，直拉硅单晶含有较高浓度的氧杂质，在光照的条件下，硅太阳电池中存在着严重的光致衰减效应，其绝对光电转换效率随光照时间逐渐下降2%～4%；而且直拉硅晶体一般会去除圆柱体的部分圆弧，使之成为圆角方形，其仍然无法覆盖满整个太阳电池组件的面积，导致单位面积组件功率的降低，同时还带来了辅助材料上的浪费。 　　

另一方面，正方形的铸造多晶硅单位能耗低；对原料硅要求不高；晶体边皮切割损耗相对较小，成本具有明显的优势。但是铸造多晶硅中有大量的晶界和高密度的位 错，金属杂质和碳杂质、氮杂质浓度较高，会在缺陷处形成沉淀；另外，铸造多晶硅由于其晶粒的随机取向，无法使用各向异性的碱制绒工艺，通过利用各向同性的酸腐 蚀液生成大小均匀的浅腐蚀坑，与<100>的单晶硅表面形成的金字塔结构相比，腐蚀坑的表面结构限光效果比较差，这也导致了制绒后的铸造多晶硅平均表面反射率比单晶硅要大10%左右，严重影响铸造光电转换效率；所以铸造多晶硅的光电转换效率平均比直拉单晶硅低1.0%～1.5%。 　　

将直拉硅单晶和铸造太阳能发电多晶硅技术的优点结合起来，借助于底部籽晶，利用铸造技术生长铸造单晶硅(又称铸造准单晶或类单晶），是近年来发展的新的硅晶体生长技术。这种材料集成了直拉硅单晶和铸造多晶硅优点，具有正方形、单晶、氧浓度低、光衰减低、结构缺陷密度低的特点，成为一种比较理想的太阳电池用新型硅晶体材料。 　　

早在20世纪70年代,T. F. Ciszek等人就提出通过籽晶辅助，在铸造炉中通过定向凝固生长得到单晶硅。到2008年前后，BPSolar公司开发了近商业化的铸造单晶硅实验产品（Mono2 TM)。在2009年以后，我国的研究机构和公司对铸造单晶硅技术进行了大量的研究，并实现了规模产业化。 　　

铸造单晶硅生长的基本原理是：利用定向凝固铸造多晶硅的技术和设备，在石英坩埚底部放置单晶作为籽晶；在晶体生长时，通过控制温度场，保持籽晶或部分籽晶在化料过程中不熔化，然后晶体在未熔化的籽晶上沿垂直方向外延生长，最终完成晶体生长，使得晶锭中央的大部分区域是单晶。 　　

太阳能发电的硅单晶生长有两种方式，一种是直拉硅单晶一种是铸造多晶硅，两种方法各有他们自身的优势和弱点。

更新时间：2015-8-23 8:50:36
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