太阳能发电的单晶硅块

在太阳能发电的单晶硅块晶体生长前，首先在坩埚底部平面放置同一晶向的单晶硅块，铺满整个坩埚底部，作为籽晶。单晶籽晶可以来自直拉硅单晶，一般切成方形或长方形，籽晶的厚度一般在1～5 cm之间；籽晶铺放时，籽晶间要尽量不留空隙地铺满坩埚底部；然后，将细小的多晶硅料填满籽晶与坩埚壁之间的缝隙；最后，将原料硅和掺杂剂放人坩埚。 　　

铸造单晶硅生长时单晶籽晶放置在晶体生长时，通过控制加热功率，保证整个过程中坩埚底部的籽晶始终有一部分为固体状态。当所有硅料都熔化完毕后，缓慢降低加热器功率并提升隔热笼， 随着热量从底部慢慢流失，硅熔体会在籽晶上沿<100>方向缓慢结晶，直到整个晶体生长完成。 　　

利用底部籽晶和现有的定向凝固太阳能发电技术，并不能生长完全的单晶锭，只有中间部位约60%～70%左右的面积是单晶，而周边部分依然是多晶，这也是被称为“准单晶”或“类单晶”的原因。 　　

铸造单晶硅顶角、边缘和中央部位晶片，顶角的硅片两边有多晶区域，边缘的硅片一边有多晶区域，而中央部位的硅片则是完全的单晶。 　

　这种晶锭四周出现多晶硅区域现象的产生原因在于：在晶体生长时，石英坩埚壁的温度比中心部分低，形成温度梯度，熔硅在坩埚壁上优先异质形核结晶，生长出晶向各异的晶粒核心，这些小晶粒会在后续生长过程中成为其他晶粒形核的中心，导致晶粒不断生成，也使得多晶区域继续朝着硅锭中央扩展。 　　

由于铸造单晶硅的单晶部分具有无晶界、氧浓度低、光衰减小、绒面减反射小等直拉单晶硅和铸造多晶硅的综合优点，其太阳电池效率比普通多晶硅要高0.7%～ 1. 0%左右，得到产业界的广泛关注。仅仅采用传统的低成本的铸造技术，就可以获得高效的太阳电池用硅单晶料，这为太阳能光伏产业提供了一种新的硅晶体材料选择。 　　

但是， 铸造太阳能发电单晶硅 也存在一些弱点： 　　

①需要单晶籽晶，增加了晶体生长的成本；虽然如果工艺得当，单晶籽晶可以2～3次重复使用，依然是增加了部分成本； 　　

②周边多晶硅区域的面积约占整个晶锭面积的30%～40%，这部分的硅晶体的质量比普 通多晶硅的质量要差，电池效率要低；也就是说，如果是G5的晶锭（即按5X5的方 式可以切割成25个晶块的晶锭），边缘将有16个含有多晶区域、电池效率低的硅块，仅有9块中间部分的晶块是完全单晶的； 　　

③边缘含多晶区域的硅片，利用酸腐蚀制绒后，表面呈现明显色差，对太阳电池组件的美观也产生影响； 　　

④虽然晶锭中间部分是单晶，但是在冷却过程中热应力的作用，单晶中依然存在大量位错缺陷，使得其电池效率比普通的直拉硅单晶的效率要低0.5%左右。 　　

因此，铸造单晶硅的大规模工业生产应用还需要进一步降低成本。 　　

铸造太阳能发电的单晶硅时要注意籽晶的问题，还有要主语控制加热功率，保证过程中始终有一部分为固体状态，直至整个晶体生长完成。

更新时间：2015-8-25 7:01:29
太阳能发电原创，版权所有。转载请注明来源自上海上海太阳能发电网