【分析】高效多晶硅片技術(shù)總結(jié)及展望

回想2009年，多晶硅片效率在16.0%左右徘徊，那個(gè)時(shí)候肯定沒有人能大膽預(yù)測(cè)到，多晶硅片效率能在2015年站上19.6%。多晶硅片效率能站上19.6%，有賴于整個(gè)光伏行業(yè)上下游的共同努力，甚至輔材技術(shù)的進(jìn)步也功不可沒。本文首先回顧高效多晶硅片的研究歷史，最后斗膽預(yù)測(cè)一下高效多晶硅片未來(lái)的研發(fā)方向，不一定對(duì)，僅供各位鑄錠技術(shù)人員參考。

　　一、高效多晶硅片的研究歷史

　　如果說(shuō)無(wú)錫尚德是太陽(yáng)能電池技術(shù)人員的培養(yǎng)基地的話，那么賽維就是鑄錠行業(yè)的黃埔軍校。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)鑄錠廠都有賽維出身的生產(chǎn)技術(shù)人員，之所以出現(xiàn)這種局面，除了賽維在鑄錠行業(yè)起步較早之外，是因?yàn)橘惥S有一位鑄錠行業(yè)的權(quán)威——萬(wàn)躍鵬博士，我們先來(lái)看看從網(wǎng)上搜到的萬(wàn)博士的照片與簡(jiǎn)歷

　　萬(wàn)躍鵬江西南昌人。LDKSolar公司資深副總裁、首席技術(shù)官（CTO），國(guó)際知名的太陽(yáng)能多晶硅定向生長(zhǎng)設(shè)備與工藝技術(shù)權(quán)威。

　　萬(wàn)躍鵬1986年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)機(jī)械工程系，1989年于該系研究生畢業(yè)，獲碩士學(xué)位并留校任教，1997年于德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系獲博士學(xué)位。隨后在美國(guó)紐約州立大學(xué)機(jī)械與材料工程系做博士后研究。先后在美國(guó)GTSolar公司任高級(jí)工程師、研發(fā)主任。2007年2月開始加入地處江西新余市的江西賽維LDK太陽(yáng)能高科技有限公司。該公司于2007年6月成功登陸美國(guó)主板證券市場(chǎng)(NYSE)，成為一家國(guó)際企業(yè)（LDKSolarLtd）。其發(fā)展之迅猛被世界太陽(yáng)能光伏業(yè)界引為奇跡。

　　圖1、賽維資深副總裁、CTO萬(wàn)躍鵬博士

　　目前在國(guó)內(nèi)流行的鑄高效錠工藝，就是萬(wàn)博士帶領(lǐng)他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2011年底研發(fā)出來(lái)的，但是在研發(fā)出這種鑄高效錠工藝之前，賽維技術(shù)研究院花了大量的人力物力財(cái)力進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，可以說(shuō)賽維不僅為國(guó)內(nèi)鑄錠行業(yè)培養(yǎng)了大量的人才，也為國(guó)內(nèi)鑄錠工藝的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。

　　圖2.普通硅錠硅塊與高效硅錠硅塊少子壽命圖對(duì)比

　　二、高效多晶硅片未來(lái)的研發(fā)方向

　　1、類單晶

　　圖3.類單晶硅塊與類單晶硅片照片

　　2010年，國(guó)內(nèi)以賽維、晶海洋、浙江大學(xué)等為代表的企業(yè)與學(xué)校掀起了一股研究鑄硅單晶的熱潮，類單晶硅片與硅塊如上圖所示，但是由于類單晶晶粒較大，較大的晶粒導(dǎo)致了較大的應(yīng)力，無(wú)法釋放的應(yīng)力導(dǎo)致在類單晶中產(chǎn)生了大量的T型位錯(cuò)與小角度晶界，而且從底部到頂部，T型位錯(cuò)與小角度晶界呈現(xiàn)這么一種規(guī)律從底部到頂部位錯(cuò)逐步增加，這種規(guī)律導(dǎo)致了類單晶硅錠底部的硅片效率與單晶相當(dāng)，頂部硅片的效率甚至低于普通硅片，類單晶硅片效率分布如下圖4所示。由于效率分布區(qū)間從16%一直到17.7%，且有50%的電池片效率低于17%，因此，電池生產(chǎn)企業(yè)無(wú)法接受這種硅片，因?yàn)檫@意味著有接近一半的電池片無(wú)法銷售。

　　圖4.類單晶硅片效率分布圖(2012年電池廠家效率數(shù)據(jù))

　　但是只要我們解決了這個(gè)位錯(cuò)從底部到頂部逐步增殖的這個(gè)難題，那么類單晶將會(huì)展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，因?yàn)檫@意味著類單晶整體效率和單晶相當(dāng)了。

　　2、高效坩堝

　　高效坩堝在2013年曾經(jīng)掀起了一個(gè)小高潮，其機(jī)理如下圖所示。

圖5.普通坩堝

　圖6.高效坩堝

　　在普通坩底部形核的晶粒生長(zhǎng)方向雜亂無(wú)序，晶粒之間相互碰撞會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)；而高效坩堝底部由于有很多二氧化硅顆粒作作為形核點(diǎn)，會(huì)生成大量的小晶粒，小晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)有一個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程，位錯(cuò)多的晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中逐步消失，位錯(cuò)少的晶粒趁勢(shì)越長(zhǎng)越大，最終吞并位錯(cuò)多的晶粒。

　　個(gè)人還是很看好高效坩堝的，其技術(shù)進(jìn)步將帶來(lái)硅片效率提高，在不久的將來(lái)高效坩堝將掀起一個(gè)更高的高潮。國(guó)內(nèi)的核晶坩堝重視技術(shù)研發(fā)，重視創(chuàng)新。其高純坩堝鐵含量在2ppm以下，高效坩堝也一直都在研發(fā)中，據(jù)說(shuō)其正在和煙臺(tái)同立高科新材料股份有限公司合作，共同開發(fā)免噴涂高效坩堝。

　　3.高效氮化硅粉

　　目前同立占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)用氮化硅60%以上的市場(chǎng)份額。協(xié)鑫GCL80%以上的氮化硅來(lái)自同立，每月同立供給協(xié)鑫的氮化硅超過(guò)了5噸；而晶海洋使用同立的氮化硅的比例甚至接近100%；晶科、韓華等使用同立氮化硅的比例也在60%-80%之間，其它使用比例在50%的企業(yè)就不一一例舉了?？梢哉f(shuō)同立氮化硅幾乎壟斷了國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)用氮化硅市場(chǎng)，同立能達(dá)到如此高的市場(chǎng)占有率，和它產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)硬、技術(shù)領(lǐng)先分不開關(guān)系。

　　同立董事長(zhǎng)花重金從國(guó)內(nèi)鑄錠企業(yè)挖來(lái)了一位技術(shù)總監(jiān)，該技術(shù)總監(jiān)目前正帶領(lǐng)同立的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)高效氮化硅粉和高純氮化硅粉。高效氮化硅粉其技術(shù)原理就是讓氮化硅粉在鑄錠過(guò)程中充當(dāng)形核劑，類似于目前國(guó)內(nèi)流行的半融法鑄錠工藝，半融法鑄錠工藝采用碎硅片充當(dāng)形核劑，而同立正在研發(fā)中的高效氮化硅粉噴涂在坩堝上后，利用氮化硅涂層與硅液的不浸潤(rùn)性，通過(guò)特殊工藝使高效氮化硅粉起到碎硅片的作用，從而生產(chǎn)出和半融法工藝效率相當(dāng)?shù)母咝Ч桢V，據(jù)說(shuō)此技術(shù)正在實(shí)驗(yàn)中。而同立的高純氮化硅粉已獲得了突破，其新產(chǎn)品TS3的鐵雜質(zhì)含量已經(jīng)做到2ppm以下，目前實(shí)驗(yàn)已獲得了成功，正在量產(chǎn)轉(zhuǎn)化中。不過(guò)，個(gè)人更看好高效氮化硅粉，此技術(shù)的應(yīng)用將大大提高高效硅錠的成品率。

　　圖7氮化硅涂層與硅熔體的不浸潤(rùn)性

　　此文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。