太阳能硅材料类单晶铸锭现状和发展趋势-北极星太阳能光伏网

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控制型类单晶或全单晶铸锭：需引入籽晶，通过控制籽晶熔化、界面形状（平）、温度梯度（纵向）、位错密度（成核方向，温梯）、浓度分布等。实现全单晶或类单晶生产。大体可采用现有铸锭炉改型，或重新设计修正型Bridgman或修正型VGF（VerticalGradientFreeze-VGF）方法。这些技术已成功用于光学晶体生长和半导体晶体生长。

类单晶硅锭技术

类单晶硅片

Q-Cells高效组件

由60块多晶硅太阳能电池组成的太阳能组件的电力输出达283瓦。这项纪录由德国Fraunhofer太阳能系统研究所（FraunhoferISE）证实。据称是目前具有竞争性价格的准单晶硅组件中功率最高的组件。此前，Q-Cells单晶硅组件电力输出创造了287W的记录；大规模多晶硅光伏电池的效率也达到了19.5%。

类单晶硅锭技术的三个阶段

单晶率是一个重要指标，界面形状（平）、温度梯度（纵向）、位错密度（成核方向，温梯）、浓度分布都重要。类单晶铸锭可分为三个阶段：第一阶段平均效率17.2-3%（一类）最高达18.2%；第二阶段平均效率17.7%（一类）最高达18.7%，；第三阶段平均效率18.2%（一类）最高达19%。再利用高效电池技术，效率可达20%第一阶段，工艺像多晶工艺，用大纵向温度梯度（TC2温度低），较易控制化料保籽晶，强调单晶率。但横向和纵向应力大，导致位错密度大，顶部可见开花现象（从亚晶界变为晶界）。第二和三阶段，工艺像单晶工艺。界面较平，工艺追求低温度梯度，开口慢慢变大，TC1温度较低。保籽晶阶段和生长后期两阶段必须控制。保籽晶阶段关系到生长的基础，需低温度梯度，防止滑移线出现，关键减生长缺陷；生长后期，硅锭大部已形成，需降温度梯度，减少位错及亚晶界生长。关键减应力位错。冷却退火过程需改进，位错主要在生长过程出现，退火可能可以不做。

晶界一致性Coherence和梯度控制

类单晶拼缝处变多晶的原因是位错密度，这个观点与BP的SiC颗粒原理是不同的。这样需要减小剪应力。

1、需要切好和排好籽晶，临近籽晶需要同方向，方向角差越大，应力越大，越容易出多晶。

2、需要降热应力，这样需要界面平，同时可以降纵向温度梯度。即降TC1，升TC2。目前的工艺TC1温度高，TC2温度低。

特别是后段。可以在最后段开始升TC2，降TC1完成长晶。之后接上冷却段。

高效多晶和类单晶铸锭现状

1、略修改炉子和工艺，能达到16.8%多晶效率。如中美晶的A+片

2、一些好公司能做到17.2-17.3%的效率。如中美晶的A++片

3、类单晶平均效率：17%（边）或18.1%：酸（边）或碱制绒

为什么需要发展类单晶铸锭?

1、电池成本已降到组件成本的一半，提升效率可降组件，安装，服务的成本。成本已让位给效率。

2、单晶电池技术先进，较容易获得高效电池（如采用选择性发射等，效率可达18.5%以上，如中美晶的Uwafer）

存在的生产问题?

(1)籽晶(回收)；(2)过程(时间)；(3)可靠性/重复性；(4)效率分布；(5)边角片处理(G5:64%的片子是边角片；G6：20/36）

锭的效率提升问题

多晶电池的最大问题是高位错密度，同时相对于单晶电池工艺，电池技术比较落后。先进的电池技术如选择性发射和dielectricrearpassivation无法用于多晶电池。

一些厂家追求单晶率及低杂质，忽略了最根本的生长缺陷和位错密度，类单晶成功的重要技术问题包括：

1、单晶率–需热壁，用大温梯（抑制侧面成核）

2、杂质问题–大温梯（防过冷，但位错大）或化学方法

3、位错密度及亚晶界–需小温梯（纵向），平界面（横向）

4、侧面成核及杂质扩散–需用冷壁，恒定侧面纵向温梯

5、底部红区–需用低TC2（生长和应力缺陷大），不用闭笼冷却（等温差冷却）

6、籽晶回收

类单晶成本下降问题（用G6坩埚）

目前很多公司用G5多晶炉改造进行类单晶实验。一类片可能性只有36%，而这些片有料的问题，红区问题及亚晶界等问题，平均效率也不高（如顶部效率衰减）。这样可实现高效的片子只有25-34%。而70%的剩余片子有不同的问题，用目前电池线处理的话，效率应该低于高效多晶片。这样总平均效率可能不如高效多晶片。

类单晶硅片可在原多晶炉下制备（改变工艺），但效率提升和规模化生产技术门槛其实较高，很多公司能生产类单晶片，但并没掌握类单晶技术。（作者张辉）

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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