铸锭单晶硅技术在国内外的进展

雪月枫林

　　一 、铸锭单晶硅的意义
　　太阳能光伏发电作为一种最具潜力的可再生能源利用方式，成为取代传统的石化能源，支持人类可持续发展的主要技术，在最近五年来获得了飞速的发展。目前晶体硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位。而硅片的成本占到了单多晶体硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。 本文对晶体硅的铸锭进行了调研，介绍了非常前沿的铸造单晶硅技术在国内外的进展。
　　铸锭单晶硅，是一种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术。铸锭单晶硅的功耗只比普通多晶硅多5%，所生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。由于多晶硅电池由于存在晶界复合，以及所采用的酸制绒技术无法达到在单晶所采用的碱制绒的完美制绒效果，一般的多晶硅电池光电转化效率要低于单晶硅1~2%。通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高1%以上。
　　二、 铸锭单晶硅的技术路线和技术难点
　　铸锭单晶硅主要有两种方法。一种是有籽晶的铸锭，另一种是没有籽晶的铸锭。
　　有籽晶的铸锭报道的比较多。从两篇国内的专利来看精工科技和浙江大学都属于有籽晶的铸锭方式。这种技术先把籽晶，硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。再把加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。这种技术的难点在于确保在第二步融化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体质量的关键。
　　无籽晶铸锭单晶方法的步骤基本和铸锭多晶相同。其要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，形成所谓的准单晶。一般铸锭准单晶的要求是在125单晶硅片中，某一单独的晶粒面积大于硅片面积的50%。这种准单晶硅片的晶界数量远小于普通的多晶硅片。无籽晶的单晶铸锭技术难点也在于控温。
　　这两种铸锭单晶技术都存在晶体生长速度与晶体质量相互矛盾的关系。
　　三、 铸锭单晶硅的进展
　　铸锭单晶技术因其对晶硅铸锭行业有着很大的商业意义，国内外有很多机构都在进行这方面的研究，而且每家都对自己的研究进展和技术路线非常保密。这种保密研究和物理法提纯硅料一样。根据有限的公开资料，国外有PB solar 已经做出了成熟的产品。据说REC，MEMC也在这方面研究。国内的浙大硅材料实验室和精工科技申请了这方面的专利，清华大学，上海交大和西安交大在这方面也有文献发表。
　　其中BP solar的mono2 技术表明，铸锭单晶硅电池的效率非常接近多晶硅电池的效率。
图 1 mono2 工艺 铸锭单晶硅和传统单晶，多晶电池电参数的对比

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都是大公司做的，现在能普及吗？