冶金法太陽能級多晶硅提純技術(shù)現(xiàn)狀與質(zhì)量分析課件

StatusquoofMetallurgicalPurifiedSolarGradePoly-SiliconanditsQualityAnalysis

冶金法太陽能級多晶硅提純技術(shù)現(xiàn)狀

與質(zhì)量分析

BradleyShi

史珺

上海普羅新能源有限公司ProPowerInc.StatusquoofMetallurgicalPu目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditsaffecttotheSOG

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetTechnologyforPoly-CrystallinSiliconProduction

多晶硅提純技術(shù)分類ChemicalRoutine化學(xué)法

ChemicalchangeshappentoSiinpurificationprocess提純過程中硅發(fā)生反應(yīng)

PhysicalRoutine（MetallurgicalRoutine)物理法(冶金法）NochemicalchangehappenstoSiinpurificationprocess

提純過程中硅不發(fā)生反應(yīng)TechnologyforPolyChemicalRoutine化學(xué)法ChemicalchangeshappentoSiinpurificationprocess硅發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)

SiemensRoutine西門子法

ModifiedSiemensRoutine改良西門子法MainstreamRoutineatpresent目前的主流工藝RegularPurityis9N常規(guī)純度應(yīng)可達(dá)到9NChemicalRoutine化學(xué)法Chemical多晶硅純度的表示SubstractthecontentofP,B,andMetalsfrom100%

用100%扣除磷、硼、金屬雜質(zhì)后的硅的純度C,O,Nisabout1~10ppm（無需扣除）含有大約1~10ppm級的碳、氧、氮等元素e.g.,7Npolysilicon,maycontain:B:20ppb,P:50ppb,metals:10ppb;andC:1ppm,O:5ppm,N:1ppm（絕對的硅純度實際為5N）ButcontentofC,O,Ncouldnotexceedthelimit但C、O、N不能過大。多晶硅純度的表示Substractthecontent太陽能所需要的多晶硅純度Polysiliconwithpurityhigherthan7Ncouldnotbemadeintosolarcelldirectly 7N以上的多晶硅無法用來直接作太陽能電池BorPmustbemixedasdopant須摻入硼或磷ThedopantofBmustbeabout0.25ppm

對太陽能來說，硼的摻雜濃度大約在0.25ppmw

i.e.,forsolarcell,thepuritymustdownto6Nevenusinga11Npoly-silicon

也就是說，在生產(chǎn)太陽能電池時，即便采用11N的高純硅，也必須摻雜降到6N左右。太陽能所需要的多晶硅純度PolysiliconwithImpuritiesandSolarefficiency

雜質(zhì)對光電轉(zhuǎn)換效率的影響ImpuritiesandSolarefficiencDemandofNewTechnology

新工藝的需求Becauseimpuritiesmustaddedtohighpurepoly-siliconfromSiemensmethod,whichmeansenergydoublewaste采用西門子法得出高純度的硅后，又要摻雜到6N的純度，意味著能源的雙重浪費That’swhythetechnologyofpurifyingsilicondirectlyto6Nisbeingexploredallthetime直接生產(chǎn)6N太陽能多晶硅的工藝開始被人們所探索。MetallurgicalRoutinetopurifythepolysiliconisthemostpromisingroutine

冶金法是被人探索最多，也是目前最被人看好的工藝。

DemandofNewTechnology

新工藝的需Metallurgical(Physical)Routine

冶金法（物理法）NochemicalchangehappenstoSiinpurificationprocess硅不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

Hydro-MetallurgicalRoutine濕法冶金法

PowdeMetallurgicalRoutine粉末冶金法

VacuumRefinery真空熔煉法EnergyBeam(Electron,Ionic)Method能束(電子、離子）法DirectionalSolidification定向凝固

OtherMetallurgicalMethods其它冶金法高純石英直接熔煉、低溫熔體萃取等通常的物理冶金法是采用上述手段的組合來達(dá)到對硅提純的目的。Metallurgical(Physical)RoutProcessofProPower’sMPRoutine

普羅的冶金法流程<5NPackaging&Delivery包裝發(fā)貨ChosenMaterialLocalVacuum精料原則Arcfurcace礦熱爐濕法冶金HydrometallurgyVacuumRefineryEMStirringEnergyBeam真空精煉及鑄錠Pyrochemical高溫化學(xué)硅錠加工CrystalStretchingResistivityScanMinorcarrierLTImpuritiesTest質(zhì)量測試QC粉末冶金PowderMetallurgySmelting精煉Slagging造渣6N5.5~5.7N3N4~4.5N4NSlicingCellManu-factueringMono-CrystalProcessofProPower’sMPRoutiTheoreticalbasisofMPRoutine

MP法SOG理論基礎(chǔ)MechanicsofDiffusionandExtractionreactioninsolid固體擴(kuò)散萃取反應(yīng)機理AnalysisandapplicationofHydrophileandhydrophobeinpowdermetallurgy粉末冶金的親水性和疏水性的分析及應(yīng)用ResearchofSegregationoninterfacebetweendifferentmatters不同物質(zhì)界面分凝機理研究Mechanismofphysicalchemicalreactioninslaggingrefinery造渣精煉的物理化學(xué)反應(yīng)機制Principleandapplicationofoxygendispensinginpyro-liquidsilicon液體硅內(nèi)部高溫施氧的原理與應(yīng)用Researchofatomickineticsonsolid-liquidinterfaceactivityenergy固液界面表面活化能的原子動力學(xué)研究Quantummechanicsanalysisofatomsinpyroliquid高溫液體原子的量子力學(xué)分析Researchonsegregationinsolid-liquidinterfaces液固界面分凝現(xiàn)象和機理研究Mathematicmodelanlysisofheatfieldandcrystalgrowththeory晶體生長理論及各類溫場的數(shù)學(xué)模型分析Researconexistenceformandimpactofimpuritiesinsiliconcrystal雜質(zhì)在硅晶體內(nèi)部的存在形式和對晶體的影響的研究Formationmechanismofimpuritiesdeepleveranditsrestrainmethod雜質(zhì)深能級的形成機制研究及抑制方法

冶金法同樣需要在理論上進(jìn)行重要的突破。TheoreticalbasisofMP目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditsaffecttotheSOG

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetProgressofMPmethodonPurity

MP法在純度上的進(jìn)展（以經(jīng)濟(jì)規(guī)模）Time LabPurity ProdPurity Mfgrs Country時間 實驗室純度 產(chǎn)品純度 部分制造商國家2003年 “5n” ---- JFE Japan2004年 “6n” ---- JFE2005年 “6n” ---- 迅天宇 China2006年 “7n” 5N Elkem Norway2007年 “6n” 5NDowChem.,南安三晶 China2008年 5.7N 5.7n 普羅,佳科,銀星,BSI,DC，Chn,CAD2009年 6N5.9N 5.9n 普羅,銀星,etc.ChinaProgressofMPmethodonPuritProgressofMPmethodSilicononPurity

MP法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展（經(jīng)濟(jì)規(guī)模）時間轉(zhuǎn)換效率衰減后 制造商 國家 備注2006年

16% N/A ELKEM Norway 摻料2007年

16%10~11% 南安三晶 China 單晶2008年

6月 13.3~14.5%無 BSI，佳科 CHN,CAN多晶

8月16.1%12.8%普羅 CHN 單晶

12月 17%N/A 銀星 CHN單晶

2009年

4月 16.8%14.5%普羅,CHN單晶

8月17.5%17.0%銀星CHN

單晶ProgressofMPmethodSilicon

兩張MP法單晶硅片電阻率掃描圖比較2008年6月樣品2009年4月樣品（中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)所測試）（阿特斯陽光電力有限公司測試）

由圖可見，整個硅片電阻率分布更加均勻。兩張MP法單晶硅片電阻率掃描圖比較

兩張MP法單晶硅片少子壽命掃描圖比較2008年6月樣品2009年4月樣品（中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)所測試）（阿特斯陽光電力有限公司測試）

由圖可見，拉單晶引起的環(huán)線條紋消失，表示硅片更加平均。兩張MP法單晶硅片少子壽命掃描圖比較CVProgressComparation

betweenMPmethodSiliconandSiemensmethodsilicon

MP法多晶硅與西門子法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展比較單晶硅電池時間 西門子法 冶金物理法（衰減后穩(wěn)定效率）2004年 10~12% --2005年 12~13% -- 2006年 13~14% --2007年 15~16% 10~11% 2008年16~17% 12~14%2009年16.5~18% 15~17%從10%到16%所用的時間 5年 2年

CVProgressComparation

betweCVProgressComparation

betweenMPmethodSiliconandSiemensmethodsilicon

MP法多晶硅與西門子法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展比較多晶硅電池時間 西門子法 冶金物理法（衰減后穩(wěn)定效率）2004年 8~9% --2005年 9~11% -- 2006年 11~12% --2007年 12~14% -- 2008年14~15% 10~14%2009年15~15.5% 14~15%從10%到15%所用的時間 6年 2年

CVProgressComparation

betwe目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditseffectonSOGsilicon

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetImpuritiesandPerformanceofSolarcells

雜質(zhì)對太陽能電池的影響完全沒有雜質(zhì)的硅（純度在7N以上）是無法直接做電池的，必須摻雜。所以，雜質(zhì)（施主或受主）是必需的。施主或受主雜質(zhì)的濃度必須在一定的范圍內(nèi)金屬雜質(zhì)的濃度必須小于一定的濃度，不同的金屬元素容忍限度不同；碳氧氮等元素可有ppm級的含量，但不能過多。如果硼元素含量過多，會與氧元素復(fù)合，形成深能級載流子復(fù)合中心，可能導(dǎo)致光致衰減。ImpuritiesandPerformanceofComparebetweenMPandSiemens

MP法與西門子法部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較Figure Siemens CPMax.Purity 11N 7NEnergy/Kg 160KWh 30KWhCost/Kg 30~40USD 10~20USDInvest/1500t 200milUSD 30milUSDBldg.Period 12~24month 6~8monthWaste hazardous no-----以上數(shù)據(jù)由普羅新能源有限公司提供ComparebetweenMPandSiemensPositionofMPmethodSiliconinPVIndustry

MP法提純多晶硅在光伏產(chǎn)業(yè)的地位2010年中，價格下降到每噸20萬元人民幣，將使光伏組件價格下降到每瓦1美元以下。2012年后，同比銷售價格為每噸10萬元人民幣。成為太陽能級多晶硅的主要生產(chǎn)工藝，同時成為光伏發(fā)電擺脫對政府補貼的依賴、進(jìn)入商業(yè)化運營的主要動力。PositionofMPmethodSilicon目錄冶金物理法簡介冶金物理法的進(jìn)展及與西門子法的比較冶金物理法的成本分析冶金物理法多晶硅的衰減與質(zhì)量穩(wěn)定性目錄冶金物理法簡介QualityStabilityAnalysisofMPmethod

MP法提純多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析

冶金物理法由于硅元素自始至終不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是通過各類的物理化學(xué)方法將雜質(zhì)去除，因此，只能在硅處于凝聚態(tài)時進(jìn)行提純，所以，與西門子法的氣體提純相比，難度較大，尤其是雜質(zhì)的不穩(wěn)定性表現(xiàn)十分明顯。冶金物理法的提純，質(zhì)量穩(wěn)定性比純度要求更加重要，因此，如何解決冶金物理法的質(zhì)量穩(wěn)定性，已經(jīng)成為冶金物理法的最重要的課題。QualityStabilityAnalysisof衰減原因（均為探索性研究）硼元素過多，氧、鐵等雜質(zhì)未除凈。硼多的情況下，受光照后與氧、鐵等雜質(zhì)形成復(fù)合體，形成深能級載流子復(fù)合中心，降低了載流子濃度，因此降低效率。衰減現(xiàn)象（一年的監(jiān)測結(jié)果）在光照1~2小時后，大量復(fù)合，效率下降。之后，效率穩(wěn)定，有再上升的現(xiàn)象存在。消除衰減的辦法：對P型材料，硼元素降低到0.3ppm以下，金屬雜質(zhì)降低到1ppm以下，電阻率到1ohm-cm以上。采用N型材料作為襯底，金屬雜質(zhì)降低到1ppm以下，電阻率到0.5ohm-cm以上。電池工藝改進(jìn)。

冶金物理法多晶硅的衰減1715衰減原因（均為探索性研究）冶金物理法多晶硅的衰減1ReasonofNon-UniformityinMPmethod

MP法提純多晶硅的質(zhì)量不穩(wěn)定的原因通常，所有的物理冶金法，最后都是通過定向凝固來最終去除金屬雜質(zhì)。定向凝固過程的本質(zhì)就是將雜質(zhì)從均勻到不均勻的過程。因此，定向凝固的頭部和尾部必然是不均勻的。冶煉過程中，只要有凝固環(huán)節(jié)，即便不是定向凝固，也會有因偏析現(xiàn)象導(dǎo)致的雜質(zhì)分布不均勻。由于工藝參數(shù)的差異（溫度，氣體流量，造渣劑劑量，精煉及熔煉時間，反應(yīng)時間，等等），造成批次之間的差異。原料本身的不均勻性，導(dǎo)致即便在一致工藝條件下，一樣可能存在不均勻性。提純過程中的污染ReasonofNon-UniformityinMPImpuritySourceinMPmethod

MP法提純多晶硅的雜質(zhì)來源工業(yè)硅原料中帶來的雜質(zhì)原料處理時的污染（粉碎，酸洗，搬運等）精煉過程中的污染（造渣劑、坩堝、盛硅器、取樣器、其它物料，等）真空熔煉過程中的污染（造渣劑、反應(yīng)劑、石墨及碳?xì)謸]發(fā)、上爐的揮發(fā)物造成的交叉污染等）硅錠加工處理時的污染（切割、拋光、切片）ImpuritySourceinMPmethod

MEnhancingQualityStabilityofMPmethodSilicon

MP法提純多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性的改進(jìn)工業(yè)硅原料要穩(wěn)定各個工序必須達(dá)到預(yù)定的提純目標(biāo)，除了純度外，還要注意減少雜質(zhì)分布的離散度在每個工序的操作過程中，要杜絕污染（容器、工具、輔料等）每個批次之間的爐內(nèi)清理要徹底，防止交叉污染成品硅錠或硅塊的處理要小心，處理后一定要注意及時清洗。EnhancingQualityStabilityofEnhancingQualityStabilityofMPmethodSilicon

MP法提純多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性的改進(jìn)效果

采用前述方法，目前可以保證成品的70%以上達(dá)到工藝要求的標(biāo)準(zhǔn)。衰減程度從2008年的30%，已經(jīng)下降到目前的10%。到2009年底：衰減現(xiàn)象可完全消除鑄錠的質(zhì)量穩(wěn)定性可完全達(dá)到與西門子法多晶硅鑄錠同等的程度（80%達(dá)標(biāo)，不需分揀）。EnhancingQualityStabilityof

2008年5月普羅公司采用MP法提純的多晶硅制作的

單晶硅電池的參數(shù)（天聚公司制造，CSI測試。

）

（平均效率16.64%,衰減后平均效率15.03%）

JscIscVocPmaxFFEFFRs0.034285.093420.620142.424480.7675716.31770.00940.034655.148270.620362.466070.7721416.597590.009550.03445.110720.62052.441330.7698516.431110.009850.034915.187130.62152.455030.7615416.523290.010020.034675.151540.620992.470240.7721816.625690.008860.034685.152370.622262.489210.7763916.753340.009460.034655.147760.622272.46970.7709816.6220.009940.034075.062260.622322.449180.7774316.483920.009750.034665.150120.621032.459790.7690716.555310.010230.034655.147790.621882.479660.7745816.689070.008120.03465.14040.622192.499620.7815416.82340.009050.034595.139970.622052.487590.7780216.742440.009140.03485.170020.621872.504270.7789116.854720.009580.034675.150590.622362.511940.7836316.90630.008112008年5月普羅公司采用MP法提純的多晶硅制作的THANKYOU!QUESTION&DISCUSSIONWelcometo《史博士的博客》：/bradleyTHANKYOU!學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不變的，新人的優(yōu)勢在于不了解既有的做法，而能創(chuàng)造出新的創(chuàng)意與點子。一味地接受工作的交付，只能學(xué)到工作方法的皮毛，能思考應(yīng)變的人，才會學(xué)到方法的精髓。學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么辦才能有助于更好的處理事情的方法。在工作上善解人意，會減輕主管、共事者的負(fù)擔(dān)，也讓你更具人緣。學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么謝謝大家！謝謝大家！學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不變的，新人的優(yōu)勢在于不了解既有的做法，而能創(chuàng)造出新的創(chuàng)意與點子。一味地接受工作的交付，只能學(xué)到工作方法的皮毛，能思考應(yīng)變的人，才會學(xué)到方法的精髓。學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么辦才能有助于更好的處理事情的方法。在工作上善解人意，會減輕主管、共事者的負(fù)擔(dān)，也讓你更具人緣。學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么謝謝大家！謝謝大家！學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不變的，新人的優(yōu)勢在于不了解既有的做法，而能創(chuàng)造出新的創(chuàng)意與點子。一味地接受工作的交付，只能學(xué)到工作方法的皮毛，能思考應(yīng)變的人，才會學(xué)到方法的精髓。學(xué)習(xí)動物精神11、機智應(yīng)變的猴子：工作的流程有時往往是一成不學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么辦才能有助于更好的處理事情的方法。在工作上善解人意，會減輕主管、共事者的負(fù)擔(dān)，也讓你更具人緣。學(xué)習(xí)動物精神12、善解人意的海豚：常常問自己：我是主管該怎么謝謝大家！謝謝大家！StatusquoofMetallurgicalPurifiedSolarGradePoly-SiliconanditsQualityAnalysis

冶金法太陽能級多晶硅提純技術(shù)現(xiàn)狀

與質(zhì)量分析

BradleyShi

史珺

上海普羅新能源有限公司ProPowerInc.StatusquoofMetallurgicalPu目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditsaffecttotheSOG

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetTechnologyforPoly-CrystallinSiliconProduction

多晶硅提純技術(shù)分類ChemicalRoutine化學(xué)法

ChemicalchangeshappentoSiinpurificationprocess提純過程中硅發(fā)生反應(yīng)

PhysicalRoutine（MetallurgicalRoutine)物理法(冶金法）NochemicalchangehappenstoSiinpurificationprocess

提純過程中硅不發(fā)生反應(yīng)TechnologyforPolyChemicalRoutine化學(xué)法ChemicalchangeshappentoSiinpurificationprocess硅發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)

SiemensRoutine西門子法

ModifiedSiemensRoutine改良西門子法MainstreamRoutineatpresent目前的主流工藝RegularPurityis9N常規(guī)純度應(yīng)可達(dá)到9NChemicalRoutine化學(xué)法Chemical多晶硅純度的表示SubstractthecontentofP,B,andMetalsfrom100%

用100%扣除磷、硼、金屬雜質(zhì)后的硅的純度C,O,Nisabout1~10ppm（無需扣除）含有大約1~10ppm級的碳、氧、氮等元素e.g.,7Npolysilicon,maycontain:B:20ppb,P:50ppb,metals:10ppb;andC:1ppm,O:5ppm,N:1ppm（絕對的硅純度實際為5N）ButcontentofC,O,Ncouldnotexceedthelimit但C、O、N不能過大。多晶硅純度的表示Substractthecontent太陽能所需要的多晶硅純度Polysiliconwithpurityhigherthan7Ncouldnotbemadeintosolarcelldirectly 7N以上的多晶硅無法用來直接作太陽能電池BorPmustbemixedasdopant須摻入硼或磷ThedopantofBmustbeabout0.25ppm

對太陽能來說，硼的摻雜濃度大約在0.25ppmw

i.e.,forsolarcell,thepuritymustdownto6Nevenusinga11Npoly-silicon

也就是說，在生產(chǎn)太陽能電池時，即便采用11N的高純硅，也必須摻雜降到6N左右。太陽能所需要的多晶硅純度PolysiliconwithImpuritiesandSolarefficiency

雜質(zhì)對光電轉(zhuǎn)換效率的影響ImpuritiesandSolarefficiencDemandofNewTechnology

新工藝的需求Becauseimpuritiesmustaddedtohighpurepoly-siliconfromSiemensmethod,whichmeansenergydoublewaste采用西門子法得出高純度的硅后，又要摻雜到6N的純度，意味著能源的雙重浪費That’swhythetechnologyofpurifyingsilicondirectlyto6Nisbeingexploredallthetime直接生產(chǎn)6N太陽能多晶硅的工藝開始被人們所探索。MetallurgicalRoutinetopurifythepolysiliconisthemostpromisingroutine

冶金法是被人探索最多，也是目前最被人看好的工藝。

DemandofNewTechnology

新工藝的需Metallurgical(Physical)Routine

冶金法（物理法）NochemicalchangehappenstoSiinpurificationprocess硅不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

Hydro-MetallurgicalRoutine濕法冶金法

PowdeMetallurgicalRoutine粉末冶金法

VacuumRefinery真空熔煉法EnergyBeam(Electron,Ionic)Method能束(電子、離子）法DirectionalSolidification定向凝固

OtherMetallurgicalMethods其它冶金法高純石英直接熔煉、低溫熔體萃取等通常的物理冶金法是采用上述手段的組合來達(dá)到對硅提純的目的。Metallurgical(Physical)RoutProcessofProPower’sMPRoutine

普羅的冶金法流程<5NPackaging&Delivery包裝發(fā)貨ChosenMaterialLocalVacuum精料原則Arcfurcace礦熱爐濕法冶金HydrometallurgyVacuumRefineryEMStirringEnergyBeam真空精煉及鑄錠Pyrochemical高溫化學(xué)硅錠加工CrystalStretchingResistivityScanMinorcarrierLTImpuritiesTest質(zhì)量測試QC粉末冶金PowderMetallurgySmelting精煉Slagging造渣6N5.5~5.7N3N4~4.5N4NSlicingCellManu-factueringMono-CrystalProcessofProPower’sMPRoutiTheoreticalbasisofMPRoutine

MP法SOG理論基礎(chǔ)MechanicsofDiffusionandExtractionreactioninsolid固體擴(kuò)散萃取反應(yīng)機理AnalysisandapplicationofHydrophileandhydrophobeinpowdermetallurgy粉末冶金的親水性和疏水性的分析及應(yīng)用ResearchofSegregationoninterfacebetweendifferentmatters不同物質(zhì)界面分凝機理研究Mechanismofphysicalchemicalreactioninslaggingrefinery造渣精煉的物理化學(xué)反應(yīng)機制Principleandapplicationofoxygendispensinginpyro-liquidsilicon液體硅內(nèi)部高溫施氧的原理與應(yīng)用Researchofatomickineticsonsolid-liquidinterfaceactivityenergy固液界面表面活化能的原子動力學(xué)研究Quantummechanicsanalysisofatomsinpyroliquid高溫液體原子的量子力學(xué)分析Researchonsegregationinsolid-liquidinterfaces液固界面分凝現(xiàn)象和機理研究Mathematicmodelanlysisofheatfieldandcrystalgrowththeory晶體生長理論及各類溫場的數(shù)學(xué)模型分析Researconexistenceformandimpactofimpuritiesinsiliconcrystal雜質(zhì)在硅晶體內(nèi)部的存在形式和對晶體的影響的研究Formationmechanismofimpuritiesdeepleveranditsrestrainmethod雜質(zhì)深能級的形成機制研究及抑制方法

冶金法同樣需要在理論上進(jìn)行重要的突破。TheoreticalbasisofMP目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditsaffecttotheSOG

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetProgressofMPmethodonPurity

MP法在純度上的進(jìn)展（以經(jīng)濟(jì)規(guī)模）Time LabPurity ProdPurity Mfgrs Country時間 實驗室純度 產(chǎn)品純度 部分制造商國家2003年 “5n” ---- JFE Japan2004年 “6n” ---- JFE2005年 “6n” ---- 迅天宇 China2006年 “7n” 5N Elkem Norway2007年 “6n” 5NDowChem.,南安三晶 China2008年 5.7N 5.7n 普羅,佳科,銀星,BSI,DC，Chn,CAD2009年 6N5.9N 5.9n 普羅,銀星,etc.ChinaProgressofMPmethodonPuritProgressofMPmethodSilicononPurity

MP法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展（經(jīng)濟(jì)規(guī)模）時間轉(zhuǎn)換效率衰減后 制造商 國家 備注2006年

16% N/A ELKEM Norway 摻料2007年

16%10~11% 南安三晶 China 單晶2008年

6月 13.3~14.5%無 BSI，佳科 CHN,CAN多晶

8月16.1%12.8%普羅 CHN 單晶

12月 17%N/A 銀星 CHN單晶

2009年

4月 16.8%14.5%普羅,CHN單晶

8月17.5%17.0%銀星CHN

單晶ProgressofMPmethodSilicon

兩張MP法單晶硅片電阻率掃描圖比較2008年6月樣品2009年4月樣品（中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)所測試）（阿特斯陽光電力有限公司測試）

由圖可見，整個硅片電阻率分布更加均勻。兩張MP法單晶硅片電阻率掃描圖比較

兩張MP法單晶硅片少子壽命掃描圖比較2008年6月樣品2009年4月樣品（中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)所測試）（阿特斯陽光電力有限公司測試）

由圖可見，拉單晶引起的環(huán)線條紋消失，表示硅片更加平均。兩張MP法單晶硅片少子壽命掃描圖比較CVProgressComparation

betweenMPmethodSiliconandSiemensmethodsilicon

MP法多晶硅與西門子法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展比較單晶硅電池時間 西門子法 冶金物理法（衰減后穩(wěn)定效率）2004年 10~12% --2005年 12~13% -- 2006年 13~14% --2007年 15~16% 10~11% 2008年16~17% 12~14%2009年16.5~18% 15~17%從10%到16%所用的時間 5年 2年

CVProgressComparation

betweCVProgressComparation

betweenMPmethodSiliconandSiemensmethodsilicon

MP法多晶硅與西門子法多晶硅在電池效率上的進(jìn)展比較多晶硅電池時間 西門子法 冶金物理法（衰減后穩(wěn)定效率）2004年 8~9% --2005年 9~11% -- 2006年 11~12% --2007年 12~14% -- 2008年14~15% 10~14%2009年15~15.5% 14~15%從10%到15%所用的時間 6年 2年

CVProgressComparation

betwe目錄BriefIntroductionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法簡介EvolutionofMetallurgicalPurificationofSOG

冶金法的進(jìn)展ImpuritiesanditseffectonSOGsilicon

太陽能級多晶硅的雜質(zhì)及其對材料性能的影響QualityStabilityAnalysisofMetallurgicalPurifiedSOG

冶金法多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析目錄BriefIntroductionofMetImpuritiesandPerformanceofSolarcells

雜質(zhì)對太陽能電池的影響完全沒有雜質(zhì)的硅（純度在7N以上）是無法直接做電池的，必須摻雜。所以，雜質(zhì)（施主或受主）是必需的。施主或受主雜質(zhì)的濃度必須在一定的范圍內(nèi)金屬雜質(zhì)的濃度必須小于一定的濃度，不同的金屬元素容忍限度不同；碳氧氮等元素可有ppm級的含量，但不能過多。如果硼元素含量過多，會與氧元素復(fù)合，形成深能級載流子復(fù)合中心，可能導(dǎo)致光致衰減。ImpuritiesandPerformanceofComparebetweenMPandSiemens

MP法與西門子法部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較Figure Siemens CPMax.Purity 11N 7NEnergy/Kg 160KWh 30KWhCost/Kg 30~40USD 10~20USDInvest/1500t 200milUSD 30milUSDBldg.Period 12~24month 6~8monthWaste hazardous no-----以上數(shù)據(jù)由普羅新能源有限公司提供ComparebetweenMPandSiemensPositionofMPmethodSiliconinPVIndustry

MP法提純多晶硅在光伏產(chǎn)業(yè)的地位2010年中，價格下降到每噸20萬元人民幣，將使光伏組件價格下降到每瓦1美元以下。2012年后，同比銷售價格為每噸10萬元人民幣。成為太陽能級多晶硅的主要生產(chǎn)工藝，同時成為光伏發(fā)電擺脫對政府補貼的依賴、進(jìn)入商業(yè)化運營的主要動力。PositionofMPmethodSilicon目錄冶金物理法簡介冶金物理法的進(jìn)展及與西門子法的比較冶金物理法的成本分析冶金物理法多晶硅的衰減與質(zhì)量穩(wěn)定性目錄冶金物理法簡介QualityStabilityAnalysisofMPmethod

MP法提純多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性分析

冶金物理法由于硅元素自始至終不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是通過各類的物理化學(xué)方法將雜質(zhì)去除，因此，只能在硅處于凝聚態(tài)時進(jìn)行提純，所以，與西門子法的氣體提純相比，難度較大，尤其是雜質(zhì)的不穩(wěn)定性表現(xiàn)十分明顯。冶金物理法的提純，質(zhì)量穩(wěn)定性比純度要求更加重要，因此，如何解決冶金物理法的質(zhì)量穩(wěn)定性，已經(jīng)成為冶金物理法的最重要的課題。QualityStabilityAnalysisof衰減原因（均為探索性研究）硼元素過多，氧、鐵等雜質(zhì)未除凈。硼多的情況下，受光照后與氧、鐵等雜質(zhì)形成復(fù)合體，形成深能級載流子復(fù)合中心，降低了載流子濃度，因此降低效率。衰減現(xiàn)象（一年的監(jiān)測結(jié)果）在光照1~2小時后，大量復(fù)合，效率下降。之后，效率穩(wěn)定，有再上升的現(xiàn)象存在。消除衰減的辦法：對P型材料，硼元素降低到0.3ppm以下，金屬雜質(zhì)降低到1ppm以下，電阻率到1ohm-cm以上。采用N型材料作為襯底，金屬雜質(zhì)降低到1ppm以下，電阻率到0.5ohm-cm以上。電池工藝改進(jìn)。

冶金物理法多晶硅的衰減1715衰減原因（均為探索性研究）冶金物理法多晶硅的衰減1ReasonofNon-UniformityinMPmethod

MP法提純多晶硅的質(zhì)量不穩(wěn)定的原因通常，所有的物理冶金法，最后都是通過定向凝固來最終去除金屬雜質(zhì)。定向凝固過程的本質(zhì)就是將雜質(zhì)從均勻到不均勻的過程。因此，定向凝固的頭部和尾部必然是不均勻的。冶煉過程中，只要有凝固環(huán)節(jié)，即便不是定向凝固，也會有因偏析現(xiàn)象導(dǎo)致的雜質(zhì)分布不均勻。由于工藝參數(shù)的差異（溫度，氣體流量，造渣劑劑量，精煉及熔煉時間，反應(yīng)時間，等等），造成批次之間的差異。原料本身的不均勻性，導(dǎo)致即便在一致工藝條件下，一樣可能存在不均勻性。提純過程中的污染ReasonofNon-UniformityinMPImpuritySourceinMPmethod

MP法提純多晶硅的雜質(zhì)來源工業(yè)硅原料中帶來的雜質(zhì)原料處理時的污染（粉碎，酸洗，搬運等）精煉過程中的污染（造渣劑、坩堝、盛硅器、取樣器、其它物料，等）真空熔煉過程中的污染（造渣劑、反應(yīng)劑、石墨及碳?xì)謸]發(fā)、上爐的揮發(fā)物造成的交叉污染等）硅錠加工處理時的污染（切割、拋光、切片）ImpuritySourceinMPmethod

MEnhancingQualityStabilityofMPmethodSi