單晶硅與多晶硅的區(qū)別2.doc

一起掃盲 多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動(dòng)控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。被稱為“微電子大廈的基石”。1 _# s, U# m$ n5 r! j( W+ V) |. W9 g& S6 s& q% v多晶硅材料作為制造集成電路硅襯底、太陽(yáng)能電池等產(chǎn)品的主要原料，是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的重要基石，我國(guó)多晶硅的自主供貨存在著嚴(yán)重的缺口，95%以上依靠進(jìn)口，近年多晶硅市場(chǎng)售價(jià)的暴漲，已經(jīng)危及到我國(guó)多晶硅下游產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)，并成為制約我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。5 H i4 X+ P2 J. 7 y太陽(yáng)能電池的類型及其應(yīng)用前景評(píng)價(jià) 制作太陽(yáng)能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)。根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為：1、硅太陽(yáng)能電池；2、以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的大陽(yáng)能電池；4、納米晶太陽(yáng)能電池等（見圖1）。不論以何種材料來(lái)制作電池，對(duì)太陽(yáng)能電池材料一般的要求有：1、材料易于獲得，且成本低；2、要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率：3、材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染；4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它村料為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池也愈來(lái)愈顯示出誘人的前景。以下是對(duì)太陽(yáng)能電池的種類及其應(yīng)用前景的評(píng)價(jià)。 ( Q; N- d8 % _, u+ W: a5 b* x. U. 圖1 太陽(yáng)能電池類型（按材料類型分）! o6 |2 G5 l/ C$ s9 h. A表1 主要太陽(yáng)能電池成本-性能評(píng)價(jià)表 * D w8 u3 H( j/ T太陽(yáng)能電池的類型及其應(yīng)用前景評(píng)價(jià) ; c: e, q+ V G7 s見附件5 O6 k0 ! - A1 b: S7 z2 |; f 從上表1的評(píng)價(jià)結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論： , F& C8 S0 U# 7 + 7 a3 a3 n0 x, n; N單晶硅電池：# Z$ L! ( l( r: C- L! d0 X- E2 D未來(lái)35年內(nèi)（20062010年），太陽(yáng)能級(jí)單晶硅仍是太陽(yáng)能電池最重要的來(lái)源，雖然單晶硅太陽(yáng)能電池成本較高，但是由于具有較高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)勢(shì)，仍然占有一部分市場(chǎng)，并且在一段時(shí)間內(nèi)還處于增長(zhǎng)狀態(tài)，需要技術(shù)水平也較低。( |/ c% a# B6 N5 Q0 $ r% w0 O* z d7 R2 N5 X7 e! w然而，太陽(yáng)能級(jí)單晶硅技術(shù)目前已經(jīng)較成熟，技術(shù)水平再提高的空間較小，同時(shí)，由于受單晶硅材料價(jià)格及相對(duì)繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。因此，可以預(yù)計(jì)單晶硅太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展前景并不樂觀，但未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，仍有較大的發(fā)展空間。% I( r4 2 m/ 1 U a1 k; h! p s8 y% V/ N多晶硅電池：: q7 q. l S& v4 l$ $ e/ I# C+ F* G4 X與單晶硅太陽(yáng)能電池相比，多晶硅電池成本低，但也存在明顯缺陷。晶粒界面和晶格錯(cuò)位，造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換效率一直無(wú)法突破20%的關(guān)口。而單晶硅電池早在20多年前就已經(jīng)突破20。然而，近年來(lái)多晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)水平提升很快，其電池轉(zhuǎn)換效率最高已經(jīng)達(dá)到17%以上，組件轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15%以上，與單晶硅的差距正逐步減小。最近，德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)發(fā)表公報(bào)說，目前該協(xié)會(huì)下屬的弗賴堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所經(jīng)過兩年攻關(guān)，成功開發(fā)出一種新技術(shù)，可以使多晶硅電池的晶格錯(cuò)位等缺陷得到部分解決。其技術(shù)關(guān)鍵是在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過程中選擇適當(dāng)溫度，使多晶硅的電子性能得到提高，并同時(shí)形成高效率的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。該所的研究人員已經(jīng)找到了適當(dāng)?shù)臏囟绕胶恻c(diǎn)，既保證太陽(yáng)能電池高效率所需高溫，又兼顧這一溫度在材料可接受的范圍以及它在工業(yè)生產(chǎn)中的可行性。如果該技術(shù)能夠達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將進(jìn)一步提高多晶硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。) Z+ k7 s8 : V5 J S M& n, Z, f3 X4 Z& j+ Q( I多晶硅薄膜電池：6 m0 U K) z; l9 v$ # U5 P8 Z7 i5 * H多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率又高于非晶硅薄膜電池，因此，隨著薄膜生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善和成熟，多晶硅薄膜電池將來(lái)可會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。 c# ?# M1 Y. S: a- ?2 s4 _: g: ?7 m( X: h( q非晶硅薄膜電池：! T- ?/ 3 x5 G7 - M V$ N y8 u! 7 R6 C非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展。但是由于非晶硅的光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來(lái)就限制了非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。為了解決非晶硅薄膜電池的穩(wěn)定性問題，人們開始研究aSi/aSi疊層太陽(yáng)能電池技術(shù)，能夠在一定程度上提高非晶硅薄膜電池的轉(zhuǎn)移效率，但該電池的穩(wěn)定性仍然不高，轉(zhuǎn)換效率的大輻提高仍有待時(shí)日，近年內(nèi)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)可能性較小。( i, o/ N c4 SS/ x, i* r* w8 x7 cIII-V族化合物及CIS電池:- P3 L) U& j4 d/ 4 V& ?8 t( & f* H# G; Z j2 _作為太陽(yáng)能電池的材料，III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制備，盡管以它們制成的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率很高，但從材料來(lái)源看，這類太陽(yáng)能電池將來(lái)不可能占據(jù)主導(dǎo)地位。此外，這類電池材料中，有相當(dāng)一部分屬于劇毒元素，如As、