4.3　太陽(yáng)能級(jí)多晶硅存在的問(wèn)題

太陽(yáng)電池的高速發(fā)展，導(dǎo)致多晶硅原材料的供應(yīng)緊張，這使進(jìn)入市場(chǎng)的原料質(zhì)量不一，部分偽劣產(chǎn)品流入市場(chǎng)，商業(yè)糾紛時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致下游太陽(yáng)電池制造商按標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，增加生產(chǎn)成本，更重要的是影響信譽(yù)。因此，建立太陽(yáng)能級(jí)多晶硅標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法就是一個(gè)需要解決并必須解決的問(wèn)題，有了這一標(biāo)準(zhǔn)就可以對(duì)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅原料質(zhì)量進(jìn)行有力監(jiān)管。

有關(guān)部門、機(jī)構(gòu)就太陽(yáng)能級(jí)多晶硅標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題多次召開(kāi)會(huì)議，在2008年3月30日全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在無(wú)錫組織舉辦《太陽(yáng)能級(jí)多晶硅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（初稿）討論會(huì)，作者也參加了討論，與會(huì)代表對(duì)《太陽(yáng)能級(jí)多晶硅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（初稿）的參數(shù)設(shè)定、檢測(cè)方法、判定依據(jù)等進(jìn)行了深入分析，一致認(rèn)為：目前制定太陽(yáng)能級(jí)多晶硅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的理論依據(jù)和試驗(yàn)基礎(chǔ)皆不充足，標(biāo)準(zhǔn)文本尚不成熟。

爭(zhēng)論的問(wèn)題主要有如下幾個(gè)：什么是太陽(yáng)能級(jí)多晶硅？限定太陽(yáng)能級(jí)多晶硅中主要影響光伏轉(zhuǎn)換效率的元素含量為多少合適？太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)方法是不是需要區(qū)分？

太陽(yáng)能級(jí)多晶硅定義是個(gè)根本問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)是以電池效率的多少為指標(biāo)或是以多晶硅的雜質(zhì)的含量為指標(biāo)？其實(shí)，多晶硅的雜質(zhì)含量與太陽(yáng)電池的效率是緊密相連的，純度很高的電子級(jí)多晶硅（11個(gè)9，通常稱11N）是制作不成太陽(yáng)電池的，必須摻入雜質(zhì)，這就是為什么以前太陽(yáng)電池等級(jí)的多晶硅大都采用單晶硅棒純度略低的頭尾料，或單晶爐的鍋底剩料來(lái)進(jìn)一步熔煉、摻雜、勾兌并再次熔融鑄錠而成太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。一般認(rèn)為6～7個(gè)9的多晶硅就可以做太陽(yáng)電池了；如果雜質(zhì)含量增加，就會(huì)大大影響光伏轉(zhuǎn)換效率。研究表明，影響光伏轉(zhuǎn)換效率的元素有P、B、C、O、Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Ca、Mg、Al等，并且這些元素之間也相互影響。因?yàn)檫@些相互影響的關(guān)系非常復(fù)雜，到目前為止，對(duì)其作用機(jī)制和精確數(shù)量關(guān)系的研究仍不深入，所以，制定太陽(yáng)能級(jí)多晶硅標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)機(jī)不很成熟。

目前中國(guó)采用的廉價(jià)5N物理法制造的多晶硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率為15%，2天后就衰減到了11%。Timminco物理法多晶硅純度為5N，硼0.8×10^-6，磷5×10^-6，日本川崎制鐵物理法多晶硅制備的太陽(yáng)電池，效率為14.1%，法國(guó)物理法多晶硅制備的太陽(yáng)電池，效率在12.2%左右。既然效率為6%～8%的多（納）晶硅薄膜太陽(yáng)電池可以用，那么，物理法多晶硅制備的電池從發(fā)展方向看應(yīng)該也是可用的，只是穩(wěn)定效率比西門子法多晶硅的電池效率低一點(diǎn)，這里面的關(guān)鍵是成本問(wèn)題、性能價(jià)格比問(wèn)題。

少數(shù)載流子的壽命直接影響到電池效率，我們用這種方法做出的多晶硅片，用少子壽命測(cè)試儀測(cè)得電阻率符合生產(chǎn)要求，少子壽命不太均勻（見(jiàn)圖4.8）。

圖4.8　物理法提純多晶硅的少子壽命掃描結(jié)果

但是，物理法多晶硅制備的太陽(yáng)電池應(yīng)該考慮如下幾個(gè)問(wèn)題。

① 穩(wěn)定性問(wèn)題。因?yàn)槲锢矸ǖ奶峒兗夹g(shù)和原材料金屬硅的成分差別很大，因此多晶硅片的穩(wěn)定性是一個(gè)重要的問(wèn)題，這一點(diǎn)從圖4.8少子壽命的分布圖中可以看出，從原材料的選取到各個(gè)提純工藝都要精確地控制。

② 太陽(yáng)電池的生產(chǎn)工藝改進(jìn)問(wèn)題。因?yàn)槲锢矸ㄌ峒兊亩嗑Ч璨煌诨瘜W(xué)法生產(chǎn)的多晶硅，所以太陽(yáng)電池的生產(chǎn)工藝也應(yīng)該區(qū)別于現(xiàn)有的太陽(yáng)電池的生產(chǎn)工藝，應(yīng)該加入專門吸雜的過(guò)程。這種工藝應(yīng)該可以降低對(duì)材料的要求，盡可能提高太陽(yáng)電池的效率，從而制造出低成本、相對(duì)效率高的太陽(yáng)電池。

③ 太陽(yáng)電池的衰減問(wèn)題。太陽(yáng)電池的衰減是個(gè)老問(wèn)題，最早發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題是在非晶硅太陽(yáng)電池中，其實(shí)在幾乎所有的硅材料太陽(yáng)電池中都存在衰減問(wèn)題，只是程度不同而已。關(guān)于太陽(yáng)電池的衰減原因還不十分清楚，對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池通常認(rèn)為是Si—H鍵不穩(wěn)定，在光照情況下，斷裂成懸掛鍵，形成復(fù)合中心，從而使非晶硅太陽(yáng)電池效率衰減，不過(guò)衰減后可以穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)鈍化后仍然可以恢復(fù)。目前的物理法多晶硅制備的太陽(yáng)電池的衰減嚴(yán)重，肯定與其中的有害雜質(zhì)有關(guān)，研究電池效率的衰減與有害雜質(zhì)的關(guān)系以及如何提純（或控制）這些有害雜質(zhì)是一個(gè)有意義的研究方向。