太阳电池铸造多晶硅材料的结构缺陷及其控制?
李云明1,2,3,罗玉峰1,2,张发云1,2,胡一云1,2,王发辉1,
2
(1一新余学院新能源科学与工程学院,新余338004;2一新余学院江西省高等学校硅材料重点实验室,
新余338004;3一中国科学院大学深圳先进技术研究院,
深圳518055)摘要一一铸造多晶硅具有高的性价比,已成为主要的光伏材料,其晶体内的结构缺陷显著影响太阳电池的转换
效率三综述了传统铸造多晶硅太阳电池材料和新型黑硅太阳电池材料的研究进展,同时阐述了控制多晶硅中的杂质二晶界二位错的途径及方法三
关键词一一多晶硅一黑硅一结构缺陷一杂质一晶界一位错
中图分类号:TM914.4一一文献标识码:A一一DOI :10.11896/j .
issn.1005-023X.2015.013.005Restrainin g the Structure Defects in Cast Multicr y stalline Silicon Materials Used for Solar Cells
LI Yunmin g 1
,2,3
,LUO Yufen g 1,2,ZHANG Fa y un 1,2,HU Yun 1,2,WANG Fahui 1,
2
(1一School of New Ener gy Science and En g ineerin g ,Xin y u Universit y ,Xin y u 338004;2一Ke y Laborator y of Jian g xi
Universit y for Silicon Materials ,Xin gy u Universit y ,Xin y u 338004;3一Shenzhen Institutes of
Advanced Technolo gy ,Universit y of Chinese Academ y of Sciences ,Shenzhen 518055)
Abstract 一一Cast multicr y stalline silicon has become the dominant material for solar cells for its hi g h p erfor -
mance -p rice ratio.
Pro p erties of the solar cells stron g l y de p end on structure defects of the multicr y stalline silicon.The status q uo of traditional multicr y stalline silicon materials and black silicon materials used for solar cells is described.In
addition ,various routes to restrain the im p urities ,g rain boundaries and dislocations in p ol y silicon are anal y zed.
Ke y words 一一multicr y stalline silicon ,black silicon ,structure defect ,im p urit y ,g rain boundar y ,dislocation
一?国家自然科学基金(51164033);江西省高等学校科技落地计划项目(KJLD12050);江西省教育厅科学技术研究项目(12745;
12746;12747;12748)一李云明:男,1982年生,博士生,讲师,研究方向为能源材料的制备及研究一E -mail :lmlittlemin g @https://www.doczj.com/doc/645311264.html,
0一引言
目前甚至是将来,单晶硅和多晶硅都将是制造商业太阳
电池的主流材料[1,2],而铸造多晶硅(mc -Si )
对原材料杂质的容忍度大二可规模生产二易于操作,具有相对低的成本以及较
高的转换效率,市场份额已超过单晶硅太阳电池材料[
3,4]
三但铸造多晶硅的晶体缺陷,如高密度的位错二晶界二杂质二沉淀等,与少数载流子复合,显著影响多晶硅太阳电池的转换
效率[3-6]
三因此,本文在综述传统铸造多晶硅和新型黑硅太
阳电池材料研究发展现状的基础上,着重介绍了控制多晶硅中的杂质二晶界二位错的途径及方法三
1一太阳电池铸造多晶硅材料的研究现状及发展
要提高光伏发电的竞争力,促进光伏产业的发展,关键在于进一步降低太阳电池硅材料的成本,同时开发新工艺二新材料,不断提高太阳电池的转换效率三
1.1一降低成本
硅材料太阳电池相对较高的成本严重制约了多晶硅太阳电池的大规模应用,因此,要不断降低多晶硅太阳电池的
成本三目前主要有以下几种方法:第一,发展新的多晶硅制备技术和方法三目前改良西门子法是制备多晶硅原材料的主流工艺,其生产技术成熟,但是高能耗二高成本仍然阻碍了硅太阳电池的发展三与此同时,具有环保二低成本二低能耗的冶金法制备多晶硅技术得到迅速发展,但在理论发展和技术应用方面仍有差距,随着研究的深入及技术的发展,冶金法
可能将是降低太阳电池硅材料成本的突破口之一[
7]
三如大连理工大学开展的感应熔炼[8]
,昆明理工大学开展的真空冶
金[9],新余学院开展的外加磁场制备多晶硅[10]等,其目的就在于制备满足太阳电池性能要求且低成本的多晶硅三第二,
降低能耗,减少损耗三如不断减薄硅片的使用厚度,不仅有助于降低成本,而且还有助于提高效率三2003年的硅片厚度
为400μm ,目前厚度为180~200μm ,
随着厚度的不断降低,硅片的力学性能下降严重,容易脆裂等[11]三随着技术的进步,硅片的厚度还有望降低三此外还有坩埚免喷涂二坩埚免烧结二提高单炉产量二氮化硅粉回收及废弃石英坩埚再利用等,都有助于节约成本三
1.2一提高转换效率
随着工业技术的不断进步,商业化单晶硅太阳电池效率
四
92四太阳电池铸造多晶硅材料的结构缺陷及其控制/李云明等