准单晶生长原理.doc

准单晶生长原理首先，关于晶体生长，其本质就是一个从液相变成固相的凝固问题，凝固是从形核开始，之后是晶体的长大。形核需要形核功从而克服相变阻力形成固相晶核。形核功取决于形核时的外界条件，最有利的条件是具有相同晶体结构的同种固相衬底，其次是具有不同润湿性能的异相衬底，从液相中“无中生有”的形核需要的形核功要大的多。解释完形核的问题，我们现在应该清楚了，若是在熔体中存在同质的晶种，会提供最佳的凝固起始点。其次是生长的驱动力，这主要是温度。当温度低于晶体的熔点时，它会促使液固相变的进行，也就是晶体的生长。因此，当同质的晶种处于固液界面且温度低于熔点时，此晶种就会成为择优生长界面。当然，对于复杂的晶体体系来说，在特定的温度条件下，有时异质的衬底界面可以提供相对于某些同质晶种更好的生长条件。铸造是一种晶体生长方法。现有的硅铸锭炉，形核是从带有涂层的石英坩埚的底部异质形核的，随后在定向温度梯度的驱动下自下而上的完成生长。若是在坩埚底部铺上晶种，在合理的温度梯度下，凝固就会优先从晶种开始进行外延生长，从而获得与晶种晶体结构一致的晶体。在实际操作中，随着坩埚容积的增大及带有涂层的坩埚壁的异质形核作用，加上不均匀的温度分布，都可以为异质形核提供理想的条件，从而使得实际获得的铸锭中含有很多来自于非籽晶的晶粒。当然，这些晶粒的比例可以通过优化工艺、热场设计等途径加以改善。最后再说说铸造单晶与CZ单晶。理论上，这两种方法都可以获得理想的单晶体。但针对硅单晶生长，实际生产中，却有很大的差异。这种差异来自于生长条件的不同。CZ是在熔体自由表面上无型模约束的生长，而铸锭的生长界面是在熔体下部，同时受到型模的约束；CZ的生长取决于晶体的散热。而铸锭中的生长取决于坩埚的散热；对流模式的不同，杂质引入的不同等等，这些都会对晶体的内部品质产生很大的影响。由于光伏还是一个很年轻的行业，对电池转换效率与晶体结构、品质之间的关系研究的还不是很深入，单单基于现有转化效率的实现，很难分辨出其深层次的区别。但我相信，随着我们对电池片研究的深入，就如同半导体芯片行业一样，对硅基体材料的认识和要求也就会越来越丰富，我们那时就可以说铸造单晶与CZ单晶其实是两个层次的产品。新技术将重组晶硅市场格局2011-3-31 19:36:12 简要内容：黄新明博士介绍，之所以给用该技术生产的产品被命名为“准单晶硅”，是因为采用多晶铸锭工艺生产的硅片特性几乎接近单晶硅。黄新明博士说：“随着准单晶硅多晶铸锭的方法的突破以及产品的量产，将有力的实现推动光伏平价上网。黄新明博士正在为客户讲解生产工艺。 钟银燕/摄编者按在世界光伏界，用多晶硅铸锭方法生产单晶硅一直被业界称为“不可能完成的任务”，此方法一度被业界判处“死刑”。而东海晶澳集团在核心技术人物黄新明博士的带领下，经过两年的研发一举突破这一戒律。3月19日，东海晶澳太阳能科技有限公司自主研发的“超大晶粒准单晶硅铸锭”技术，通过了由江苏省连云港市科技局组织的国内专家团的鉴定，在业界引起了很大的震动。此技术的突破，使多晶硅铸锭成本大幅下降，必将对现有晶硅市场格局产生重大影响。从各项指标分析，这项技术至少领先国际2-3年的时间。准单晶硅集各方优势众所周知，单晶硅与多晶硅相比，其转换率一直是多晶硅无法比肩的；而多晶硅一次投料450公斤的铸锭规模也让一炉仅100公斤的直拉单晶望尘莫及。所以，自光伏产业发展以来，单晶硅与多晶硅在市场份额上平分秋色，始终保持共存态势。但是这一局面不久将被由黄新明博士研发成功的“超大晶粒准单晶硅铸锭”技术所打破。据东海晶澳黄新明博士介绍，通常情况下，从工艺成本上比较，直拉单晶的工艺成本一般是每公斤160元左右，多晶硅铸锭工艺成本每公斤在60元-65元左右；从品质上比较，直拉单晶转换率可以达到18.5%，多晶硅一般在14%-17%左右；而采用新铸锭技术生产的准单晶硅产品最高的转换率可以与单晶硅媲美，高达18.2%-18.3%左右。黄新明博士介绍，之所以给用该技术生产的产品被命名为“准单晶硅”，是因为采用多晶铸锭工艺生产的硅片特性几乎接近单晶硅。尽管最高的光电转换率比直拉单晶略还稍逊色，但是从衰减率来看却优势明显。当前最好的直拉单晶一般存在2%以上的衰减率，但是准单晶硅组件 衰减率却保持在0.5%以下。“从这一点看，准单晶硅产品比单晶硅也具有较大优势。”“该项技术利用多晶硅铸锭的技术，得到了单晶品质的产品。同时弥补了多晶硅电池片转换效率低、单晶产量小等不足。相当于我们用60元的成本做出了160元品质的产品。”黄新明补充道。准单晶硅重分市场格局目前，光伏市场10%的市场份额是薄膜，90%的市场是晶硅。晶硅市场又分单晶硅与多晶硅。相关数据显示，单晶硅与多晶硅的市场份额占比分别在30%-40%和50%-60%之间。从准单晶硅与普通多晶硅成本分析也可看出，准单晶硅具备了取代普通多晶硅产品的优势，市场格局将重新划分准单晶铸锭项目产品将占据一定的市场份额。可以预测，随着“晶枫”产品的量产实现，光伏市场格局有望在1-2年出现重大改变。 黄新明博士说：“与多晶硅铸锭相比，采用单晶铸锭技术每台铸锭炉每年产能将增加0.3-0.4兆瓦，除去增加了籽晶成本的投入，该技术将带来每台炉约300-400万的收益增长。按照市场趋势，不仅加大投料量成为降低成本之选，在长晶及电池工艺上仍存优化空间，可进一步提升效率，提高产品竞争力。所以，对多晶硅市场份额冲击将最为严重。”“但新技术对于直拉单晶市场份额冲击有限。直拉单晶会减少一些市场份额，但仍有需求的空间。这主要是因为该产品仍未达到单晶转化率，由于客户的定位不同，单晶硅市场份额仍将保持。”黄新明博士说。量产加速光伏平价上网由于用准单晶铸锭炉生产工艺生产的组件上，呈现出类似枫叶的晶体图案，这种产品被晶澳正式命名为“晶枫”。作为新技术的晶枫产品质量非常稳定，有望在今年6月拿到各方认证后实现量产。目前，全世界可以量产的企业仅晶澳一家。现在东海晶澳基地已经有12台准单晶铸锭炉投入生产，随着该项目二期工程的跟进，公司将再引进33台准单晶硅铸锭炉，预计年底产能可达到200-300兆瓦。据记者了解， 晶枫成本比多晶硅铸锭增加了0.3元-0.4元，但是转换率却比普通铸锭多晶硅提高0.5%-1%，达到17.5%-18%，单锭的电池总功率高2000-3000瓦，做成电池片的利润可以提高到3-4元/片，做到组件可以提高4-5元/片，利润可观，可有效降低整个光伏生产成本。“现在这种低成本、高转换率的产品非常受市场追捧，已经有很多客户有意向与公司签订了晶枫订单。”黄新明博士说。众所周知，在我国光伏平价上网一直是推行不开，其生产成本就是制约光伏平价上网的瓶颈。很多专家也表示，只有成本继续降低，才可能实现平价上网。从国家光伏路线发展图上也可以看出，传统能源价格与光伏上网成本节点与传统能源相交结点在2015年左右，也就是说，现有情况下2015年我国可以实现平价上网。黄新明博士说：“随着准单晶硅多晶铸锭的方法的突破以及产品的量产，将有力的实现推动光伏平价上网。”我成功开发超大晶粒准单晶硅铸锭多项核心技术 分享到： QQ空间新浪微博腾讯微博更多 时间：2011-3-29 来自： 中华机械网 用生产多晶硅铸锭技术，得到直拉单晶硅的高品质；用60元的成本生产出原本需要160元才能生产的东西。今天，晶龙实业集团有限公司透露，其麾下东海晶澳太阳能科技有限公司自主研发的“超大晶粒准单晶硅铸锭”技术取得突破。 直拉单晶的优点是单一晶向，低缺陷，电池效率高；缺点是单次投料少，操作复杂，成本高。而多晶硅铸锭的优点是投料量大，操作简单，低成本；缺点是存在晶界及各项缺陷，电池转换效率较单晶低。 由东海晶澳太阳能公司总经理黄新明博士为核心建立的研发及生产团队，完成了单晶硅铸锭技术的开发，采用该技术进行（100）晶向籽晶及铸锭生产技术，取得超大晶粒硅锭，并加工制成准单晶硅片，实现批量生产。该技术可操作性强、易推广、稳定可靠，产品性能具有单晶硅的优点，且氧含量低于直拉单晶，与单晶硅片相比具有很强的成本优势。其生产工艺具有低能耗（平均7kWh/h）、低成本和环境友好的特点。 在完成准单晶硅铸锭技术的研发及生产的同时，项目还结合准单晶硅片的特点参与完成了配套电池工艺的研发。采用新工艺制作的电池片平均效率达到17.2%以上，比传统多晶硅电池