高纯多晶硅和晶体硅光伏电池硅片.doc

工业硅　　定义： 　　工业硅是指在工业生产中有广泛用途的硅产品的统称。 　　种类： 　　包括：硅铁、金属硅、硅锰、硅铝、钡锰钛铁、硅锰钒铁、硅铝钡铁、硅铝铁、硅钙、硅钢板、铝硅合金、镍铬－镍硅热电偶丝、锰硅合金、稀土硅钙钡、硅钙合金、硅钡合金、硅铬合金、镁硅合金、锗硅合金、硅钴、硅青铜、铁硅合金、锌硅合金、硅钛铁合金、镍硅合金、铝镁、硅合金、铜硅合金等等高纯多晶硅及晶体硅光伏电池硅片王长贵2003年以来，我国光伏产业的生产能力飞速增长。到2006年底，晶体硅光伏电池用硅片的生产能力已超过500MW，光伏电池的制造能力将超过1 500MW，光伏电池组件的封装能力将超过2 000MW。与之相对应，对生产原料高纯多晶硅的需求量大幅度增长。这导致了世界范围内高纯多晶硅价格的急剧上升。2006年我国高纯多晶硅的年产量约300吨，光伏电池生产用的高纯多晶硅95％ 以上依赖用高价从国外进口，成为制约我国光伏产业发展的“瓶颈”。在光伏产业链中，发展也很不平衡，组件封装能力大，电池制造能力弱，硅片生产能力小，形成“下游大、上游小”的畸形“结构”。为便于大家对这一原料“瓶颈”和产业“结构”的基本知识有个初浅了解，下面汇集有关资料作一简介。一、高纯多晶硅1．概述硅是地球上含量最丰富的元素之～ ，约占地壳质量的25．8％ ，仅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在单质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。硅是一种半导体元素，元素符号为Sj，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为1 4，原子量为28．0 855。硅材料的原子密度为5．OOx1022／cm。，熔点为1 41 5~C，沸点为2 355~(2。它在常温(300K)下是具有灰色金属光泽的固体，属脆性材料。硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有9个反映对称面、6条二次旋转轴、4条三次旋转轴和3条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。如果加压到1．5GPa，硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为0．6 636nm。硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室温下它的禁带宽度为1．1 2eV，其本征载流子浓度为1．45x 1 0 D／cm。。硅材料具有典型的半导体电学性质。 电阻率特性。硅材料的电阻率在10 ～1010Q·cm 问，介于导体和绝缘体之间。其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响明显。高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料，称为本征半导体，其电阻率在10 Q·cm以上。 p-n结构性。即n型硅材料和P型硅材料结合组成p-n结，具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结构。 光电特性。和其他半导体材料一样，硅材料组成p—n结后，在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。半导体材料可以根据能带的结构，分为直接带隙半导体和间接带隙半导体。2．高纯多晶硅目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少订阅本刊请拨：0108027维普资讯 誓 同隔怖一譬 瞧数发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、SEH等公司。由于多晶硅的生产必须规模化(至少年产千吨以上)才能赢利，再加技术上的复杂性、专有性和必威体育官网网址性，以及后进入者在开发市场上困难等因素，建设一座先进的规模化的多晶硅生产企业，是相当不容易的。冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在97％～98％以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应式为：SiO +2C--~Si+2CO。冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为98％。纯度大于99％的冶金硅，则用于制备氯硅烷。在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99％ 以上的Si外，还含有铁(Fe)、铝(AI)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个(摩尔分数)不等。而半导体硅中的杂质含量应该降到10