太阳能级多晶硅标准的初探

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1、太阳能级多晶硅标准的初探——谈太阳电池对多晶硅材料的要求厦门大学物与机电工程学院纲要一、建立SoG-MS标准的重要性二、纯度指标三、半导体参数指标四、结晶学指标五、小结和建议一、建立SoG-MS标准的重要性什么是太阳能级多晶硅(SoG-MS)?显然是能够制备太阳电池的多晶硅材料。自然要问：（1）什么样的多晶硅材料能制备太阳电池？（2）这种材料能制备什么性能的太阳电池？这不但是SoG-MS的标准问题，也是多晶硅太阳电池的基本物理问题。据检索目前国内外没有统一的标准和规范，说明这问题的复杂性，并势必造成材料厂商和电池厂商的矛盾，不利于光伏产业的发展。让我们看看近年来国内外对S

2、oG-MS的标准的报道：1、目前国内外各种太阳能级多晶硅规范（1）信息产业部2006年6月“太阳能电池用多晶硅材料研发及产业化”招标文件，对技术的总体要求：总量<0.3ppma即6N~7N（2）863计划建议初稿（05）“千吨级高纯多晶硅生产线工艺关键技术开发”技术经济指标（一）纯度1、电子级多晶硅9N–11N。2、太阳能级多晶硅6N–8N。（二）杂质含量指标1、电子级多晶硅（1）硼≤0.20ppba（2）施主≤0.90ppba（3）碳≤1.0ppma（4）Fe,Cu,Ni和Cr等金属杂质总含量≤30.0ppba2、太阳能级多晶硅达到太阳电池生产要求（3）“十一五”攻关计

3、划（初稿）产品质量考核指标：①电子级多晶硅杂质含量：P≤0.15ppba，B≤0.03ppba，C≤0.1ppma，体内金属杂质≤1.5ppba。②太阳能电池级多晶硅：N型电阻率≥50Ω·cm,P型电阻率≥300Ω·cm，杂质含量：P≤1ppba，Ｂ≤2ppba，C≤1.0ppma，重金属杂质总量（Cu、Fe、Ni、Cr、Zn）≤20ppbw。③低成本、新工艺、新技术研究生产的产品：纯度：6～7个9。（4）06年国家科技支撑计划重点项目“多晶硅材料产业关键技术开发”课题申请指南中低成本多晶硅新工艺技术研究主要考核指标：“形成全流程工艺试验装置，制备的多晶硅产品少子寿命≥1

4、0μs，纯度满足太阳能电池要求。经测算，直接生产成本不高于20美元/kg。开发具有自主知识产权的低成本新工艺技术，共申报专利4项以上”。2、国外关于SoG－MS指标的报道（1）2001年4月美国RENL发表的finalreport“productionofSoGSiliconbyRefiningLiquidMGSilicon”最终报告（RENL/SR－520－30716）结论中指出：可将B从20－60ppma别降到0.3ppma,P从20－60ppma别降到7ppma.但太阳电池制备要求：P为<1ppma其它元素总量：<0.1ppma低成本MG经过物理冶金法提纯后，分别经

5、过Cz和Fz制备电池效率分别为：12.5%和13.4%，没有光衰减现象。（2）日本Kawasakidori1-chome,JFESteelco.(川崎制铁)数据来源：ProgressinPhotovoltaics:Researchandapplications,2001；9；203－209Intern.WorkshoponSicienceandTechnologyofCrystallineSiSolarCells2-3Oct.2006,Sendai,Japan原料：MG－Si：99.5％；第一阶段：P<10ppmw,其它杂质<0.1ppmw工艺：物理冶金法－电子束除P，酸

6、洗，离子束氧化去B，定向凝固除金属等。目标（Target)：如表所述，P－型。结果（SOG－Si）：如表所述－P~0.1ppm,B<0.1ppm,O<1ppm,C<3ppm其它金属元素总量<0.1ppm定向凝固前纯度>6N(C不计）,电阻率～1Ωcm,少子寿命～25μs，少子扩散长度~150μm光电转换效率：14.1%，没有光致衰减现象。产量：2006年JFE：100tons/year,计划：500-1,000tons/year。二、纯度标准：1、需要回答的一系列的问题：5N？6N？7N?8N？还是9N?根据是什么？太阳电池和IC对硅材料纯度要求有何异同？太阳电池对每个元

7、素纯度要求是否一样？如何检测多晶硅的纯度？2、杂质对太阳电池性能的影响：太阳电池是半导体光电器件，由半导体材料制成。杂质在半导体中形成能级，能级起产生和复合少子的作用。半导体材料和器件的性能和杂质种类、浓度密切相关。半导体工程就是杂质工程，杂质的提取和掺杂！看看杂质是如何影响太阳电池的光电转换效率的：（1）D.E.Hill等人在1975年12th光伏会上发表，为保证单晶硅太阳电池光电转换效率10％的杂质容许值的论文（2）J.R.Davis等在1978年13th光伏会议上发表“金属杂质对硅太阳电池性能的影响”的论文考虑到多晶硅电