高纯多晶硅及晶体硅光伏电池硅片

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1、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1500MW,光伏电池组件的封装能

2、力将超过2000MW。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

3、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14,原子量为28.0855。硅材料的原子密度为5.OOx1022/cm。,熔点为1415~C,沸点为2355~(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

4、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3L44LS6L9PC。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0.6636nm。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

5、为1.12eV,其本征载流子浓度为1.45x1011D/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10Q·cm以上。②p-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。⑧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

6、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:010—88681843转8027维普资讯http://www.cqvip.com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HemlockWackerMEMCASiMiTokuyamaKomatsuMitsubishi、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、专有性和保密性,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

7、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

8、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(摩尔分数)的水平,太阳级硅中的杂质含量应降到

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