中国科学院杨德仁院士：铸造单晶优势显现，但需解决四大问题-第2页-北极星太阳能光伏网

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今后大家正在努力的方向是什么呢？希望用这种方法能够做出100%的单晶，哪怕做成90%也可以降低成本，目前研究已经证明，我们在时间上大概可以做到90-95%。仅仅是四个角上有一点点，还有多晶存在，但是重复性控制还不是太好。因此，单晶硅的控制依然是我们一个挑战。

国际上现在提出了两种方法，一种方法是用一个籽晶，一个籽晶从中间开始，然后慢慢放大，这样的一个籽晶造成了单晶能够做到100%，这是理论发表的，但实际上没有做成功。

第二种技术我们称为功能精件的方法，左边这个图是用籽晶，籽晶长了一半的时候，从边缘就有其他的多晶体进来了。我们现在这个方法在边缘放一个特殊的晶件，这个往上走了以后，会控制边缘的晶体长进来，从而使得里面成为单晶，外面一点点是多晶，这个多晶又可以切掉的。

这个技术最早是日本人提出来的，最近我们和企业进行合作，已经把它做到产业化应用了，你可以看到这个是实际的籽晶，边缘铺了一层特殊的东西，左边是单晶，右边是多晶。通过这样的技术以后，我们可以把多晶限制在边缘，从而使得里面得到大面积的单晶的工作。

第三个存在的问题就是材料的利用率，刚才给大家讲过，就是从纵向延开的照片，四周特别是上边跟下边有红色的地方，红色的地方就意味着材料质量不好，在实际生长当中这一块要给切掉的。我们的多晶硅底部红边区可以达到5个厘米，这个切掉比较多，实际得到中间灰色的区域，我们就称为有效的单晶率，只有60%不到一点点。

因此，如果提高这一部分的比例达到70%，也是我们现在材料研究的一个重点，关键的是底部红色的那来的？我们做了一些研究，这个边上是籽晶的，跟铁扎制的含量是分布一致的。

左边这张图是模拟的结果，右边这张图是实验的结果，我们的工作跟实际对比，这部分主要是金属扎制所造成的，因此控制金属扎制铁对减少红边区，提高材料的利用率是一个重要的发展方向。

最后一个很重要的问题，这个位错有两种，一种是分散的位错，一种是位错团，这样的缺陷会造成少籽生命低，电磁的效率降低。我们首先看分散的位错，这个位错左边是多晶，右边只有位错，一个黑点，代表了一个位错，表示了晶体的缺陷。

这样从底部到头部密度是逐渐增加的，底部只有10的14次方，头部达到了10的5次方，这样会有什么样结果呢？我们随着位错密度的增加，少籽逐渐降低，同时所有的条件不变，做了太阳能电池效率就降低了0.5%，所以说单个位错对效率的影响非常明显。

还有一个问题，从底部到头部做了太阳能电池分散性比较差，这也是铸造单晶，目前遇到的一个困难，这个是物理的原因，为什么产生这样的位错，我就不给大家细讲了。

第二个晶界，看到从铸造图的时候，从籽晶出发朝上面跑的是三角形的区域，这个区域会导致效率比较低，看到是黄色的，这样腐蚀以后，有大量的缺陷，我们称为位错的出现，这是因为什么呢？在两个籽晶夹缝之间产生了位错，这个位错会沿着特定的面进行生长，长成了三角形的区域。这个是比较讨厌的，一旦做到太阳能电池以后，整个硅片到后面全部变黑了，效率就非常低了，太阳能电池效率就比较差。

这个是另外的图，我们把它横向了以后，在边缘区里有大量的位错团的出现，即使做了太阳能电池，边缘的这些位错也不能消除，太阳能电池效率依然是比较低的。

一个简单的比较，第一个是铸造单晶，是位错比较小的，它和最底下的单晶相比可以增加1%的效率。但是如果位错团比较多，中间那个，效率甚至比普通的铸造多晶还要低。因此就说明什么了？如果不控制好位错质量，质量反而比普通的铸造多晶低，所以位错的控制对他非常重要。

我们提出一个新的技术，这是一个界面图铸造单晶，什么都不做中间有一个三角形的缺陷，从底部到上面快速生长的过程，也是一个三角形的，从底到上面的增加。

我们提出一个方法，故意在中间增加了一个晶界，会把缺陷给吸收了，就是以毒攻毒，故意加了一个缺陷，吸收了缺陷。你可以看到中间我们故意加了一个晶界，底下的你看到有一个晶界很直的，但是位错没有了。

再看最后的少籽生命图，三角形的低少籽区已经消除了，这个可以通过引入晶界控制这样缺陷团的产生，导致少寿命大幅度的提高。这是两个对比情况，上面是普通的，底下是故意引入晶界的一种情况。

晶界有整个性能得到了改善，普通的只有16.5、17.5，加入引用晶界增加18.1，甚至东西都没变，可以引入制造单晶效率0.6%。

最后给大家做一个简要的总结，到目前铸造单晶是太阳能硅材料发展重要方向，但是面临位错密度、单晶率、材料利用率和籽晶成本的问题挑战，其中位错是关键的因素，而我们提出的机械工程，可以有效的降低位错，能力晶界。我们希望这样的技术在今后1-2年在工业界重新开始大规模的应用。

在结束之前，我要谢谢博士生和合作者，对上面的一些工作他们给了很多的帮助。也要谢谢国家自然科学基金委的支持我们才能做研究。最后，谢谢各位的聆听。

（一起光伏APP根据现场速记发布，未经嘉宾审阅）

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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