铸造多晶硅制备技术的研究进展第1页,多晶硅铸造技术研究进展

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铸造多晶硅制备技术的研究进展/张发云等·113·

铸造多晶硅制备技术的研究进展3

张发云1,叶建雄2

(1　新余高等专科学校太阳能科学与工程系,新余338000;2　南昌工程学院机械与动力工程系,南昌330099)

摘要　　近年来,由于低成本、低耗能和少污染的优势,铸造多晶硅成为主要的光伏材料之一,越来越受到人们的广泛关注。系统论述了太阳能级多晶硅制备技术的研究进展,重点介绍了目前铸造多晶硅制备技术,如浇注法(Ingotcasting)、定向凝固法及电磁感应加热连续铸造法(EMCP)。另外,着重阐述了铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多晶硅晶粒组织中晶界和位错的形成与控制以及定向凝固的数值模拟技术,讨论了铸造多晶硅材料的研究现状和存在的问题,展望了今后的发展方向。

太阳能级多晶硅　定向凝固　提纯　铸造技术关键词　　

中图分类号:TG249　　　　　文献标识码: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年实用的太阳电池问世以来,晶体硅太阳电池一直在世界光伏市场居统治地位,占太阳电池总产量的80%～

90%。就其晶体形态而言,主要有单晶硅、多晶硅及非晶硅3大类。单晶硅的电池转换效率较高,但拉制工艺相对复杂,且对原料要求较严,最终导致成品电池成本偏高;非晶硅电池成本低,但换效效率也较低,且由于非晶硅的S2W效应,致使其性能稳定性较差;与上述两者相比,多晶硅电池转换效率适中,制造成本较低,即性价比较高。近年来,多晶硅太阳电池正是以其高性价比的优势,得到了迅速的发展,市场占有率已达50%以上[1-10]。

当前,随着太阳能光伏产业在全球范围内的迅猛发展,作为太阳电池最重要原材料的太阳能级多晶硅在全球范围内严重短缺,供需缺口高达50%以上,导致其价格成倍上涨。西门子法是目前生产多晶硅的主要技术,但存在着耗能

高、投入成本巨大、生产流程长、工艺控制难和环境污染大等缺点。因此,探索一种具有耗能低、投入成本少、工艺操作简单且环境污染小的多晶硅制备技术已成为各国学者研究的重点。而冶金物理法具有成本低、技术成熟度高、环境污染小、工艺相对简单等特点。特别是近年来通过对铸造工艺的不断改进,对多晶硅材料内部缺陷和杂质的深入研究,以及数值模拟技术的成熟与运用,使得铸造多晶硅太阳电池的转换效率也得到了迅速的提高,是最有希望实现太阳能级硅的大规模生产的关键技术[11-16]。

本文综合论述了近年来铸造多晶硅定向凝固制备技术的研究进展,着重阐述铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多晶硅晶粒组织中晶界和位错的控制以及定向凝固的数值模拟技术,并展望了铸造多晶硅的发展前景。

1　铸造多晶硅锭的制备技术

目前,铸造多晶硅锭的制备技术主要有:浇注法(Ingot

　3江西省教育科学“十一五”规划2007年重点课题(07ZD043)资助项目;2008年新余市科技计划项目和2008年校级重点课题

　张发云:男,1967年生,博士,主要从事光伏材料与先进轻合金材料制备技术的模拟及仿真研究　E2mail:[email protected]

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