高光电转换效率,无衰减的太阳电池硅单晶的研制介绍.ppt

高光电转换效率，无衰减的太阳电池硅单晶的研制 曾世铭1冯1，蒋建华1，蔡岳峰1,汪义川2，李剑2，黄治国2 1－常州美晶太阳能材料有限公司，江苏。 2－尚德电力控股有限公司，江苏，无锡。 报告内容 1.概述 2.工艺原理 3.单晶拉制实验 4.实验结果,讨论以及结论 5.结语 1.概述 近年来，太阳电池工业的迅猛发展致使制备单晶硅的原材料供应十分紧张，加之大部分的硅单晶生产厂家是新参与者，不太了解硅的质量与太阳电池性能之间的关系，因而饥不择食地购入了大量的垃圾原料诸如：极低阻的重掺硅料；埚底料；薄镀膜片，彩片；电池废片等杂料，误认为可通过型号补偿以及化学物理法处理后，只要凑合太阳电池所需型号和电阻率的要求，拉成单晶，甚至连少子寿命都不测，就提供给用户制作太阳电池，必然造成电池的转换效率不高，不稳定，经光照后效率大为衰减的问题。近年来，国内外的科学家和资料纷纷报道，应着重于关注原材料的纯度，特别是寿命杀手的重金属，贵金属的含量；氧的控制及硼－氧复合体；拉晶过程中的工艺控制等方面的问题。 施正荣博士，杨德仁教授和Ines Rutsachman 等人指出解决转换效率低的关键是原料的纯度以及采用以下三个方法： 1.可降低和控制单晶氧含量的磁场直拉法（MCZ法）。 2.用镓或铟元素取代硼作为P型掺杂剂的拉晶方法。 3.采用磷合金作为N型掺杂剂的拉晶方法。 对这三种方法的普遍认知是：MCZ法虽能控制和降低单晶中的氧含量，但是需要配置磁场设备并提供其激磁电源，必然增加成本。而第二种方法中由于镓和铟的分凝系数问题，使单晶头尾间的轴向电阻率变化太大，使得实施起来很复杂，不利于工业化生产。使用磷掺杂的N型单晶，必须要改变电池制作工艺。 经过探讨，我们还是选定了掺镓的单晶拉制工艺。 2. 工艺原理 众所周知镓的分凝系数是8 X 10－3，而铟的是4 X 10－4，的确大大小于硼的分凝系数8 X 10－1。 表面看来掺镓或铟的硅单晶轴向电阻率控制必然比掺硼的难度大些，也复杂些。但是太阳电池对单晶电阻率的数值和分布范围要求比较宽松，例如0.5－6.0欧姆厘米。因此这就不会成为问题。 分凝公式： C = KC’( 1 – X )K-1 式中：C ――单晶中杂质浓度 K ――杂质分凝系数 C’――硅熔体中杂质的原始浓度 X ――从硅熔体中拉制出的单晶重量占熔体重量的百分比 套用分凝公式将掺硼单晶和掺镓单晶的轴向电阻率分布数据经 计算后列于下表：（目标电阻率为2欧姆厘米） 结晶百分数 掺硼单晶电阻率 掺镓单晶电阻率 ～0％ 2.0 欧姆厘米 2.0欧姆厘米 10％ 1.97欧姆厘米 1.9欧姆厘米 20％ 1.93欧姆厘米 1.6欧姆厘米 30％ 1.89欧姆厘米 1.45欧姆厘米 40％ 1.83欧姆厘米 1.25欧姆厘米 50％ 1.78欧姆厘米 1.05欧姆厘米 60％ 1.70欧姆厘米 0.85欧姆厘米 70％ 1.60欧姆厘米 0.67欧姆厘米 80％ 1.48欧姆厘米 0.50欧姆厘米 90％ 1.30欧姆厘米 0.27欧姆厘米 从以上数据得知掺镓单晶的轴向电阻率分布比掺硼的宽一些，但是85％的单晶重量仍然位于0.5－2.0欧姆厘米的范围内，是可以规模化生产这种硅单晶的。 3. 单晶拉制实验 （1）实验用设备和检测仪器： A.单晶炉：常州华盛天龙公司生产的85型单晶炉，采用 18”石墨热场和18”石英坩埚，装料量为60公斤硅。 B.氧碳含量测试仪：NICOLET－6700型红外光谱仪。 C.少子寿命测试仪：WT－1000型。 D.电阻率测试仪：BD－86A型。 E．电阻率及型号分选仪：SRTT型。 （2）硅原料，掺杂剂及单晶，晶片规格： A. 硅原料：美国MEMC多晶硅。 B. 掺杂剂：7 N 的高纯镓。 C. 硅单晶：6”，P型，0.5 － 6.0 欧姆厘米，≧10微秒。 D．硅晶片：125 X 125 毫米，厚度200±10％微米。 （3）拉晶实验： 将60公斤硅多晶装入石英坩埚中，采用减压氩气下拉晶，压力1300Pa.晶转为12 转/分，埚转为8转/分，拉速为1.1毫米/分 － 0.6毫米/分。连续开了4炉，拉出 4根完整单晶，