退避三舍是多远:多晶硅太阳电池的原理是什么？

硅是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅，半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅（直拉和区熔）、外延片和非晶硅等，其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。

中彰国际（SINOSI）是一家致力于尖端科技、开拓创新的公司。中彰国际（SINOSI）能够规模生产和大批量供应单晶硅、多晶硅及Φ4〃- Φ6〃直拉抛光片、 Φ3〃- Φ6〃直拉磨片和区熔NTD磨片并且可以按照国内、外客户的要求提供非标产品。

单晶硅

单晶硅主要有直拉和区熔

区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。

各项参数可按客户要求生产。

多晶硅

区熔用多晶硅：可生产直径Φ40mm－Φ70mm。直径公差(Tolerance)≤10%，施主水平＞300Ω.㎝，受主水平＞3000Ω.㎝，碳含量＜2×1016at/㎝3 。各项参数可按客户要求生产。

切磨片

切磨片可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ6〃。厚度公差、总厚度公差、翘曲度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。

抛光片

抛光片可生产直径范围为：Φ2〃- Φ6〃，厚度公差、总厚度公差、翘曲度、平整度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。

高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999％。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。

单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里，单晶硅可以说无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、汽车等等，处处离不开单晶硅材料；在高科技领域，航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造，单晶硅同样是必不可少的原材料。

在科学技术飞速发展的今天，利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能单晶硅的利用将普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。

直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。
区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。
直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。
硅单晶被称为现代信息社会的基石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉（CZ）单晶硅和区熔（FZ）单晶硅，直拉单晶硅被广泛应用于微电子领域，微电子技术的飞速发展，使人类社会进入了信息化时代，被称为硅片引起的第一次革命。区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。
1、制作电力电子器件
电力电子技术是实现电力管理，提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”，大多数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管(SCR)、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型电力电子器件——功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(PIC)等，广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。制作电力电子器件，是区熔单晶硅的传统市场，也是本项目产品的市场基础。
2、制作高效率太阳能光伏电池
太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策，我国也于2005年3月份通过了《可再生能源法》。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从1998—2004年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势，年平均增长速度达到30%，预计到2010年，仍将保持至少25%的增长速度。
晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的85%以上。美国SunPower公司最近开发出利用区熔硅制作太阳能电池技术，其产业化规模光电转换效率达到20%，为目前产业化最高水平，其综合性价比超过直拉单晶硅太阳能电池（光电转换效率为15%）和多晶硅太阳能电池（光电转换效率为12%）。这项新技术将会极大地扩展区熔硅单晶的市场空间。据估计，到2010年，其总的市场规模到将达到电力电子需求规模，这是本项目新的市场机会。
3、制作射频器件和微电子机械系统（MEMS）
区熔单晶还可以用来制作部分分立器件。另外采用高阻区熔硅制造微波单片集成电路（MMIC）以及微电子机械系统（MEMS）等高端微电子器件，被广泛应用于微波通讯、雷达、导航、测控、医学等领域，显示出巨大的应用前景。这也是区熔单晶的又一个新兴的市场机会。
4、制作各种探测器、传感器，远红外窗口
探测器、传感器是工业自动化的关键元器件，被广泛应用于光探测、光纤通讯、工业自动化控制系统中以及医疗、军事、电讯、工业自动化等领域。高纯的区熔硅单晶是制作各种探测器、传感器的关键原材料，其市场增长趋势也很明显。

图片参考：
http://www.sinosi.com/chinese/Products%20Gallcry/Semi-Silica/Semi-Conductor%20Silicon.htm
http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2214

多晶硅太阳电池由于其材料成本低于单晶硅太阳电池，且易于制备成方型，组件封装成本较低，目前在生产的晶体硅太阳电池中，其所占比例正逐渐增加。

一多晶硅太阳电池的制造

(1)浇铸多晶硅的制造
目前应用最广的多晶硅制造方法是浇铸法，亦称铸造法。浇铸多晶硅在原理上有两种方式：在一个坩埚内将多晶硅熔化，然后倒入另一个坩埚冷却；另一种是在一个坩埚内将多晶硅熔化，然后通过坩埚底部热交换，使晶体冷却。
目前第一种方式已很少使用，普遍采用第二种方式，即热交换法，国际上著名的多晶硅生产厂商如日本的京陶、德国的拜耳、法国的伏特瓦克等公司均采用该方法，一次投料可生产80—150kg多晶硅。在生产上一般采用定向凝固技术，控制好晶体固液界面，使之尽量平直，形成柱状结构。
在多晶硅的生长过程中，由于热应力的作用，会在晶粒中产生大量的位错。位错是浇铸多晶硅中的一种重要结构缺陷。根据生长方式和过程不同，浇铸多晶硅中的位错密度一般为103－108／cm2。由于位错本身的悬挂键具有很强的电活性，是少数载流子的复合中心，且由于金属杂质和氧碳等杂质在位错上的聚集，亦会造成复合中心，并使电学性能不均匀，因此位错会大大降低少数载流子的寿命。
浇铸多晶硅含的杂质一般来源于石英坩埚的氧、石墨加热器或石墨坩埚的碳以及一些金属杂质。在多晶硅太阳电池制造的热处理过程中，氧会沉淀，形成不同形式的硅氧复合体，限制电池的效率。一般浇铸多晶硅中碳的含量比直拉单晶硅的要高。多晶硅中存在的重金属杂质对少子寿命是非常有害的，目前正在利用各种吸杂方法来减少重金属杂质的影响。
浇铸多晶硅生长简便，易生长大尺寸方锭，切割损耗小，生长时能耗低，有利于降低成本。其最大缺点是有晶界，有高密度的位错和微缺陷，从而降低多晶硅太阳电池的光电转换效率。
(2)多晶硅太阳电池的制造
多晶硅太阳电池的制造工艺和单晶硅太阳电池相差不大，所用的设备相同，只是在制造多晶硅太阳电池时要尽量降低其晶界对光生载流子的复合损失，目前采用的方法有：(1)磷和铝吸杂。在多晶硅表面沉积磷或铝层，或用三氯氧磷液态源进行高温下高浓度预扩散，在表面产生缺陷，高温下杂质可能在高缺陷区富集，再将该层去掉即可除去一些杂质。磷和铝吸杂的效果与基片原来的状态有很大关系，特别是氧和碳的含量，氧碳含量高时效果不好。(2)氢气钝化。实验室中在约450℃下用气氛(20％氢＋80％氮气)对晶界进行氢钝化处理，可大大降低晶界两侧的界面态，从而降低晶界复合，提高太阳电池效率。多晶硅太阳电池大部分采用氮化硅做减反射膜，主要用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法，在制备氮化硅的过程中也会有等离子态的氢对多晶硅晶界起氢钝化作用。(3)建立界面场。通过对多晶硅太阳电池的n型区晶界重掺杂磷，磷向晶界两侧扩散形成n＋－n界面结构，在p型区晶界重掺杂铝，铝亦向晶界两侧扩散形成p＋－p界面结构，这两种结构在相应边界产生的界面场均能阻止该区的光生少子在晶界面处复合，从而大大提高太阳电池效率。

二多晶硅太阳电池的性能

多晶硅太阳电池的性能基本与单晶硅太阳电池相同，目前国外多晶硅太阳电池大部分是10cm×10cm的方片。工业化生产的多晶硅太阳电池的典型特性参数如下：
Isc=2950mA，Voc=584mV，填充因子FF=0．72，转换效率η=12．4％(测试条件：AM1．5，1000W／m2，25℃)。
多晶硅太阳电池的其它特性与单晶硅太阳电池类似，如温度特性、太阳电池性能随入射光强的变化等。