准单晶硅太阳能电池技术.

1、准单晶硅太阳能电池技术1准单晶硅的意义光伏发电作为一种最具潜力的可再生能源利用方式，成为取代传统的石化能 源，支持人类可持续发展的主要技术，在最近几年来获得了飞速的发展。目前晶体 硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位，多晶硅太阳能电池由于成本优势占据了 晶体硅的大半市场。在晶体硅太阳能电池成本构成中硅片占到了一半以上，因此降 低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。准单晶硅，是通过铸锭的方式形成的晶硅材料，在一定尺寸的硅片上表现为同 一晶向的晶粒面积大于硅片总面积的 50%。通过铸锭技术形成准单晶硅的功耗只 比普通多晶硅多5%,所生产的准单晶硅的质量接近直拉单晶硅。

2、简单地说，这种 技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。由于多晶硅电池存在较多的晶界复合，以及所采用的酸制绒技术无法达到单晶 硅碱制绒的完美制绒效果，一般的多晶硅电池光电转化效率要低于单晶硅12%通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明 显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高 1%以上。2准单晶硅制造技术路线和技术难点准单晶硅的制造目前主要有两种方法。一种是有籽晶的铸锭，另一种是没有籽 晶的铸锭。有籽晶的铸锭报道的比较多。从两篇国内的专利来看晶澳太阳能、精工科技和 浙江大学都属于有籽晶的铸锭方式。这种技术首先把籽晶、硅料、掺杂剂放置坩埚 中（籽晶铺设在坩埚底部

3、，在籽晶上面添加硅料和添加剂）；其次加热熔化硅料（要控制好籽晶不被完全熔化），进入长晶阶段；在长晶阶段控制降温，调节固液 相的温度梯度，使硅晶体沿未熔化的籽晶方向生长，待晶体长成后，经退火冷却得 到大晶粒硅锭。这种技术的难点在于确保在第二步熔化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体 质量的关键。无籽晶铸锭类单晶的方法(BPsolar采用)基本和铸锭多晶相同。其要点是精 密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，形成所 谓的准单晶。这种准单晶硅片的晶界数量远小于普通的多晶硅片。无籽晶的单晶铸 锭技术难点也在于控温。这两种铸锭类单

4、晶技术都存在晶体生长速度与晶体质量相互矛盾的关系。3准单晶硅的发展准单晶技术因其对晶硅铸锭行业有着很大的商业意义，国内外有很多机构都在 进行这方面的研究，而且每家都对自己的研究进展和技术路线非常保密。这种保密 研究和物理法提纯硅料一样。根据有限的公开资料，准单晶硅(Mo no 2TM )最早在2006年由BP Solar研 制成功，2007年生产出准单晶太阳能电池组件并进行了可靠性测试，相关资产在 2010年底被ALD收购后向市场推出基于SCU400+的单晶铸锭炉。以下是 BP solar准单晶铸锭流程图和准单晶硅片少子寿命均匀性图示。bp solarMono2 IAI Silicon Cas

5、ting1<IJbp solarMono2 i'】Lifetime Uniformity790Simulation results10 20 30 4U WJ 60 Z(J 80 VOVaferMultiMono2MateiialLifetime Mrdian SkLDev.n %mA/cm-mVMulh75 ps80%15.4633.15610“Moiio2 75 ps40%158733.55618、 r T>.<A 2009年11月，晶龙集团一次性投入3000万元作为专门的研发经费，以东海 晶澳太阳能科技有限公司总经理黄新明博士为核心的研发团队，成功研发出准单晶

6、硅铸锭技术，但门槛在于晶体生长速度与晶体质量的无法兼顾，且大尺寸硅锭的量 产难度高，几经锤炼，于2011年3月，晶澳集团针对这一高效率低成本的准单晶 硅电池下线并向市场进行推广。2011年3月15日月中国河南安阳凤凰光伏正式对准单晶技术的研究立项，研 发命名为 阿波罗计划”，经历了三个阶段的进展，最终在 2011年5月30日前将试 产的产品交至客户手中进行检测。在准单晶正常投料的情况下，平均衰减为 0.4%0.6%。在凤凰光伏将试产单晶硅片送至相关的电池生产商，在大生产线投 放后得到的数据基本相同，光衰减为 0.5%。2011年6月18日，中国河南安阳凤 凰光伏在上海宣布其准单晶硅材料开始量产

7、，其目标是将准单晶硅片的单片生产成 本比传统的多晶硅片生产成本增加小于 0.3人民币。目前市场上已有近10家企业 正在试用凤凰光伏的准单晶硅片。4准单晶硅铸锭实例（晶澳太阳能）以下为晶澳太阳能实验过程的准单晶铸锭实例，分别以CZ单晶硅、准单晶铸锭剩余籽晶（重复利用）、准单晶硅锭顶部大晶粒硅块为籽晶的铸锭结果进行对比。将直拉法得到的（100晶向单晶棒进行开方，得到断面尺寸为156X156mm的方柱，将其切成4050mm厚的块状籽晶13块；另夕卜，将之前准单晶硅铸锭得到的硅锭进行开方、检测、带锯切断，将切除的底部硅块（主要为剩余籽晶）及顶部大晶粒硅块进行挑选及加工，去除上下的杂质富集层后进行清洗，

8、底部硅块和顶部大晶粒硅块各取 6块，厚度2530mm将其作为另一部分籽晶。将通过以上方法得到的25块籽晶按5X5的方式紧密排列平铺在内部尺寸为840X840X400mm的标准石英坩埚内，排列时按不同种类籽晶对称的方式排布以作效果对比。在坩埚底部，放置时尽量使籽晶居中，即周边籽晶的最边沿面距坩埚内壁尺寸 相近。籽晶上面再放置原生多晶，包括籽晶在内共装料430kg，籽晶的具体排列方式和籽晶、硅料及掺杂剂的填装方式如附图2a、2b所示，掺杂剂为硼、稼或磷，掺杂后目标晶体的电阻率为1.502.0 Q .cm装料后抽真空，控制功率进行加热；进入熔化阶段后，采用温度控制分段加 温，到熔化最后一步将加热器控

9、制温度调节至1540C，保持至籽晶熔化阶段，待坩埚底部温度为1350C，且底部升温速率为0. 07C/ min上下时，结束熔化步 骤，跳转至长晶阶段。进入长晶阶段，快速将温度由1540C降至1440C，并关闭隔热板（笼）保持1h，之后将隔热板（笼）快速打开 5cm，底部散热实现定向凝 固，待界面生长平稳后，再分段将温度降 1415C，隔热板（笼）打开速度先后按 0. 5cm/h、0.7cm/h的速度打开至20cm，达到稳定长晶。将上述长成后的硅晶体，经退火、冷却得到硅锭，所得硅锭开方得25块小方锭，通过观察发现籽晶剩余约1520mm未熔化，晶体顺延籽晶方向上继续生 长。硅锭中大晶粒由底部贯穿整

10、个硅锭至顶部，上表面大晶粒（ 50mm面积大于50%，单晶籽晶小方锭制备获得的准单晶硅片的形貌图如附图4a、4b所示。对比三种籽晶块对应的长晶效果：单晶籽晶处延续单晶生长，至10cm以上出现少量分裂晶粒，大晶粒延续至硅锭顶部，小锭切片380470片间，95%为准单晶硅片，其中大晶粒硅片占3560%;重复利用的底部剩余籽晶引晶及后续长晶效 果与单晶籽晶没有太大差别；回收利用的顶部大晶粒籽晶同样延续大晶粒生长，小 锭所得硅片7090%为准单晶片，其中1534%为大晶粒硅片。各小方锭的整体 平均少子寿命均大于4 u s,按少子寿命2 u s进行检测划线，硅锭得率62.7%。所 得准单晶硅片制作的电池

11、片转换效率最高达17.9%，与同样生产线的常规单晶硅片相当。图2“广、Ljj丈L.-J<< >L'> 斗pCZ"s? 、sZ/-JErju _-J 1图2a准单晶硅太阳能电池技术调研5准单晶硅片基本参数准单晶硅片以凤凰光伏 准单晶硅片为例，其基本参数是：1导电类型：P型2尺寸为156 >156mm 3电阻 为0.5 3Q.cm 4少子寿命2哄5厚度为200卩m±2（和180卩m±2（两种，6 TTVC 30卩m,弯曲度W 15卩,8大晶粒晶向<100>±5o质量好的单位准单晶硅锭按照切片后同一晶向晶粒所占

12、硅片面积的比例大小可分为A、B、C三个质量等级区域：A区：占硅锭比例为16%，同一晶向晶粒面积占硅片面积 50%以上B区：占 硅锭比例为48%，同一晶向晶粒面积占硅片面积 70%以上C区：占硅锭比例为 36%,同一晶向晶粒面积占硅片面积 90%以上6准单晶电池片效率 准单晶电池片 效率准单晶硅锭中A、B、C区制成的电池片获得了不同的技术参数，具体如下：6准单晶硅太阳能电池技术调研 A区：转换效率为16.61%;比普通多晶高0.1%0.2% B区：转换效率为17.02%;比普通多晶高0.4 0.6% C区：转换效率 为17.32%；比CZ单晶低0.2 0.4%在准单晶正常投料的情况下，平均衰减为

13、0.4%0.6%其中，多晶电池片效率基准为16.5%，单晶电池片效率基准为 17.6%。在凤凰光伏将试产单晶硅片送至相关的电池生产商，在大生产线投放后得到的数据基本相同，光衰减为0.5%。7准单晶电池片生产技术7.1凤凰光伏凤 凰光伏不仅在准单晶硅片制造方面已经实现量产，而且在与其客户在利用准单晶硅片生产电池片技术上也进行了探讨。凤凰光伏首席技术官石坚表示，推荐电池生产商A、B区进行酸制绒，C区进行碱制绒区进行酸制绒，区进行碱制绒。未 来，凤凰光伏将与其客户进一步探讨酸碱混合制绒的技术，这样每片的平均效率 将超过17%，这样就彻底超越了单晶硅片。7.2 一种准单晶硅片的制绒方法 一一 发明专利

14、（晶澳）一种准单晶硅片的制绒方法一一发明专利（晶澳）硅片的制绒 方法一一发明专利2011年4月晶澳太阳能针对准单晶硅片的制绒技术公布了一项 发明专利。专利中提出：对于准单晶硅片而言，由于长晶控制和切割位置等的影 响，在硅片 中除了（ 100）晶面，通常不可避免的出现部分其它晶向的晶粒，即为 随机生长 的多晶晶粒，单一的碱制绒或者酸制绒都无法实现良好的织构化效果。 因此，对于这类硅片的电池片制作，制绒工艺需结合酸、碱制绒的优势。具体实 施过程中需根据准单晶硅片中（100）晶向晶粒所占的比例，调节酸、碱制绒的程 度，以达到最好的综合制绒效果。以下内容截自此发明专利，以供参考。7准单晶硅太阳能电池技

15、术调研准单晶硅太阳能电池8结语通过查看相关技术 资料和报道以及与行业内技术人员的沟通交流多晶硅太通过查看相关技术资料和报道以及与行业内技术人员的沟通交流，阳能电池与单晶硅太阳能电池相比，有一定的成本和低衰减优势。阳能电池与单晶硅太阳能电池相比。准单晶硅太阳能电池相对单晶硅太阳能电池而言，准单晶硅太阳能电池相对单晶硅太阳能电池而言有一定的低衰减和成本优 势；相对多晶硅太阳能电池而言 相对多晶硅太阳能电 池而言，有较高转换效率的优势，但由于原材料但由于原材料（准单 晶硅片）质量梯度和市场行为等因素未必会比传统多晶电池有综合成本优势。质量梯度和市场行为等因素，未必会比传统多晶电池有综合成本优势多晶电

16、池制造工艺相对单晶来说较难控制，多晶电池制造工艺相对单晶来说较难控制尤其是PECVD过程过程的成膜及优越的钝化效果，是HIT技术的技术的核心工艺段。结合硅片的制 造成本成本及市场供需、电池效率差异、组件衰减及衰减及利用率等多方面综合考虑，近几年，多晶太阳能电池由于明显的综合成本优势仍然会占据大部多晶太阳能电池由于明显的综合成本优势 综合成本优势仍然会占据大部 分市场。8准单晶硅太阳能电池技术调研 9参考资料9.1杨德仁、余学功，一种单晶向、 柱状大晶粒的铸造，浙江大学专利9.2黄新明、钟根香等，一种准单晶硅的铸锭方 法，晶澳太阳能专利9.3新明、钟根香等，一种准单晶硅片的制绒方法，晶澳太阳 能专禾9.4 Victor Prajapatil, Ema nu ele Cornagliottil, High efficie ncy in dustrial silicon solar cells on silic on mono2 TM cast meter