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鑄造多晶硅制備技術(shù)的研究進(jìn)展/張發(fā)云等·113·

鑄造多晶硅制備技術(shù)的研究進(jìn)展3

張發(fā)云1,葉建雄2

(1　新余高等�？茖W(xué)校太陽(yáng)能科學(xué)與工程系,新余338000;2　南昌工程學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程系,南昌330099)

摘要　　近年來(lái),由于低成本、低耗能和少污染的優(yōu)勢(shì),鑄造多晶硅成為主要的光伏材料之一,越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。系統(tǒng)論述了太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備技術(shù)的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了目前鑄造多晶硅制備技術(shù),如澆注法(Ingotcasting)、定向凝固法及電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造法(EMCP)。另外,著重闡述了鑄造多晶硅中磷和硼的提純、多晶硅晶粒組織中晶界和位錯(cuò)的形成與控制以及定向凝固的數(shù)值模擬技術(shù),討論了鑄造多晶硅材料的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題,展望了今后的發(fā)展方向。

太陽(yáng)能級(jí)多晶硅　定向凝固　提純　鑄造技術(shù)關(guān)鍵詞　　

中圖分類號(hào):TG249　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

ResearchProgressofFabricationProcessofCastMulticrystallineSilicon

ZHANGFayun1,YEJianxiong2

(1　DepartmentofSolarEnergyScienceandEngineering,Xinyucollege,Xinyu338000;

2　DepartmentofMechnialandPowerEngineering;NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099)Abstract　　Recently,duetothesuperiorityoflowcost,lowenergyconsumptionandpollution,castmulti2crystallinesiliconhasobtainedmoreandmoreattentionforbeingofmainTheresearchprogressofpreparationtechnologyofmulti2crystallinesiliconforsolaris,thefabricationtechniquesofcastmulticrystallinesiliconatpresent,casting,directionalsolidifica2tionandtheelectromagneticInthetechniqueforphosphorusandboroninmetallurgicalgrade,andcontrolofgrainboundaryanddislocationofmulticrys2tallinesiliconMoreover,numericalsimulationtechnologyofdirectionalsolidificationisdiscussed.In,theresearchstatus,existedproblemsandpossiblefuturedevelopmentsarereviewedinde2tail.

Keywords　　solargrademulticrystallinesilicon,directionalsolidification,purification,castingtechnology

0　引言

自1954年實(shí)用的太陽(yáng)電池問(wèn)世以來(lái),晶體硅太陽(yáng)電池一直在世界光伏市場(chǎng)居統(tǒng)治地位,占太陽(yáng)電池總產(chǎn)量的80%～

90%。就其晶體形態(tài)而言,主要有單晶硅、多晶硅及非晶硅3大類。單晶硅的電池轉(zhuǎn)換效率較高,但拉制工藝相對(duì)復(fù)雜,且對(duì)原料要求較嚴(yán),最終導(dǎo)致成品電池成本偏高;非晶硅電池成本低,但換效效率也較低,且由于非晶硅的S2W效應(yīng),致使其性能穩(wěn)定性較差;與上述兩者相比,多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率適中,制造成本較低,即性價(jià)比較高。近年來(lái),多晶硅太陽(yáng)電池正是以其高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì),得到了迅速的發(fā)展,市場(chǎng)占有率已達(dá)50%以上[1-10]。

當(dāng)前,隨著太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展,作為太陽(yáng)電池最重要原材料的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅在全球范圍內(nèi)嚴(yán)重短缺,供需缺口高達(dá)50%以上,導(dǎo)致其價(jià)格成倍上漲。西門子法是目前生產(chǎn)多晶硅的主要技術(shù),但存在著耗能

高、投入成本巨大、生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工藝控制難和環(huán)境污染大等缺點(diǎn)。因此,探索一種具有耗能低、投入成本少、工藝操作簡(jiǎn)單且環(huán)境污染小的多晶硅制備技術(shù)已成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)。而冶金物理法具有成本低、技術(shù)成熟度高、環(huán)境污染小、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。特別是近年來(lái)通過(guò)對(duì)鑄造工藝的不斷改進(jìn),對(duì)多晶硅材料內(nèi)部缺陷和雜質(zhì)的深入研究,以及數(shù)值模擬技術(shù)的成熟與運(yùn)用,使得鑄造多晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率也得到了迅速的提高,是最有希望實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能級(jí)硅的大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)[11-16]。

本文綜合論述了近年來(lái)鑄造多晶硅定向凝固制備技術(shù)的研究進(jìn)展,著重闡述鑄造多晶硅中磷和硼的提純、多晶硅晶粒組織中晶界和位錯(cuò)的控制以及定向凝固的數(shù)值模擬技術(shù),并展望了鑄造多晶硅的發(fā)展前景。

1　鑄造多晶硅錠的制備技術(shù)

目前,鑄造多晶硅錠的制備技術(shù)主要有:澆注法(Ingot

　3江西省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃2007年重點(diǎn)課題(07ZD043)資助項(xiàng)目;2008年新余市科技計(jì)劃項(xiàng)目和2008年校級(jí)重點(diǎn)課題

　張發(fā)云:男,1967年生,博士,主要從事光伏材料與先進(jìn)輕合金材料制備技術(shù)的模擬及仿真研究　E2mail:[email protected]

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