国内外半导体硅材料技术发展状况1精Word文档下载推荐.docx

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10-210-310

-4

电阻率（欧姆-厘米

1012

1013

1014

1015

1016

1017

1018

1019

1020

1021

载流子浓度（个/m3

图1硅中载流子浓度与电阻率的关系

4

硅太阳能电池用多晶硅内在纯度的重要性

4.1硅太阳能电池对原始多晶硅内在质量的基本要求

硅中载流子浓度与电阻率的关系如图1所示。

4.2硅太阳能电池对原始硅材料纯度的最低要求

从表5的数据对照中可以推论如下:

制作普通硅太阳能

电池所用多晶硅的纯度最低应高于7个9,制作航天级的硅太阳能电池所用多晶硅的纯度应该在8~9个9以上。

4.3各类杂质在半导体硅材料中的行为（物化参数及其

对硅晶体电学性能的影响

硅太阳能电池的工作原理是利用硅片表面P-N结的光电效应,它仍然是一种标准的半导体器件,而且是一种少数载流子器件。

所以,有关半导体的复合理论对硅太阳能电池同

样成立。

电阻率ρ=1/σ=1/[（nμn+pμp

e]（1

当采用P型掺硼（浅受主硅片制作太阳能电池时,硅片中的高浓度反型（N型杂质（如磷、砷、锑等浅施主在

室温下也早已激发电离（属于浅能级杂质,产生高浓度补偿（表观电阻率高,严重影响光生伏特效应。

硅中氧、碳及各种金属杂质对光的吸收峰大都在长波长

（如氧的主吸收峰在9.04μm,碳的主吸收峰在14.5μm红外波段,使得阳光对硅电池的照射主要转换为热量,从而大大降低了光电转换效率,电池的光谱响应差,见表6。

各种杂

质在桂中的分凝系数如表7所示。

4.4

有关杂质在硅中的挥发

（1在真空下生长时,不但要考虑杂质在硅中的分凝效应,而且还要考虑到杂质在硅中的挥发效应。

39

硅中的重金属杂质和过渡金属杂质如金、银、铜、铁、锰、镍、钴、汞等属于深能级杂质,有的甚至是多重能级杂质和既是施主、又是受主的双重深能级杂质（如铜、金、铁、镍、汞、钨、铂…。

这些杂质在硅中对少数载流子的俘获截面往往比正常掺杂的元素（硼、磷…大2￣3个数量级。

因此,上述重金属杂质的存在更严重地影响少子的体内寿命及有效寿命,它们如在电池片的表面或界面处,则降低表面寿命。

金属杂质所造成的硅中少数载流子的表面寿命、体内寿命及有效寿命的降低最终将造成硅太阳能电池的短路电流密度和开路电压的降低,大大降低电池的光电转换效率,因此,从这种意义上讲,硅太阳能电池片中的上述各类金属杂质的对应纯度应该更高（或称其含量应该更少,应该在9个9以上。

（注:

有专家指出,硅中的Co、Fe、Mn、Cr的含量不应该超过1015cm-3,Ti、V、Nb、Mo、W、Zr和Ta等杂质的含量不应该超过1013cm-3。

从表9中可以看出:

硅中金属杂质在高温下的扩散系数比硅中正常掺杂元素的扩散系数高出6￣7个数量级。

硅片制作成太阳能电池组件后,在太阳下长时间曝晒使用后,各类金属杂质会逐渐扩散迁移至P-N结界面处,使电池片表面P-N结界面处漏电流增大,少子寿命降低,从而逐渐降低硅太阳能电池组件的光电转换效率及发电量,使组件发电量不断衰退,大大缩短电池组件的使用寿命。

4.6硅中氧、碳含量对电学参数和硅太阳能电池性能的影响氧和碳是半导体硅（多晶硅、单晶硅中含量最高的非金属杂质,无论直拉法生产的单晶硅或定向凝固结晶法生产的多晶硅片的两种工艺都采用石墨加热系统和石英坩埚。

所以至今用于制作硅太阳能电池的晶体硅片（占电池用材料的94%中主要的杂质沾污就是氧（含量达5×

1017￣2×

1018cm-3和碳（含量高于1~5×

1016cm-3,在硅晶格中氧主要处于间隙态,碳主要处于替位态。

总的来说,氧、碳对硅太阳能电池是有害杂质,同时也是多晶硅和单晶硅生产工艺中最难去除的杂质元素（真空区熔工艺例外。

硅中氧的存在有着一系列有关氧的热施主、新施主和氧沉淀（缺陷工程及其电学行为的论述。

高浓度的氧及其与硅中空位的络合物与金属杂质的作用、氧沉淀等都是少数载流子的复合中心,从而降低了少子的寿命。

同时,氧在硅晶体中又是一个“陷阱”,非平衡少数载流子在运动中往往被“氧陷阱”俘获,但过一会儿又把少子放了出来,从而表现在用光电导衰退法测少子寿命时,示波器上光注入脉冲衰减曲线的余辉拉得很长,测量的少子“表观”寿命很长。

但实验证明,含氧量很高的硅晶体经过热处理后或器件制造过程中的“氧化”、“扩散”等热处理后,再测量晶片的少子寿命时（此时氧在硅中形态已经改变,已经不对少子起“陷阱”作用,发现此时的少子寿命下降得非常严重（至少会降低一个数量级。

但应该指出,热处理后所测得的少子寿命是真实的、是实用的,而我们则可以把热处理前在氧含量高的“陷阱”作用下所测得的少子寿命称为假寿命。

这就是20世纪八、九十年代在讨论硅中氧对器件性能的影响时曾经十分热门的所谓“硅单晶热稳定性的研究”的主要内容。

这就意味着,为了测得硅晶体的真实“寿命τ”,必须对样品先作热处理后再测少子寿命。

5在我国硅太阳能电池生产中建议采用的多晶硅质量标准

在综合国际上改良西门子工艺与硅烷热分解工艺的高纯多晶硅质量指标的基础上,笔者建议我国的太阳能电池用多晶硅的纯度标准,如表10所示。

太阳能电池硅片的几何尺寸采用SEMI标准中的规定。

6政策与建议

在20世纪90年代,国家计委曾拨款支持了“峨嵋半导

表10太阳能电池用多晶硅质量指标

主要杂质含量指标备注

施主杂质（PMax:

2（0.3PPba相当于N型55（400Ω-㎝

受主杂质（BMax:

1.0（0.1PPba相当于P型300（1000Ω-㎝碳含量（CMax:

1.0（0.3PPma

金属杂质（Fe、Ni、Cr、Na总含量Max:

10PPbw应作多晶硅表面金属杂质含量的检测少子寿命（τ>

200μs热处理后20μs

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新闻热线:

E-mail:

体材料厂的100吨/年多晶硅工业试验性项目”;

1999年国家计委批准了“新光硅业科技公司的1260吨/年多晶硅项目”;

2002年国家发改委批准了洛阳“中硅公司的300吨/年多晶硅中试项目”;

2005年国家科技部用“863”项目批准由“中硅公司”开展“24对棒还原炉的科技攻关”;

2006年底由国家科技部主持论证,又批准了多晶硅技术中“六大关键技术与设备装置”的科技攻关和四所大学支持的企业申报的“太阳能电池级低成本多晶硅制备新工艺的科技攻关”,并列入“国家重点技术支撑计划”之中。

鉴于多晶硅的极度短缺已是我国电子信息产业和硅光伏产业发展的主要瓶颈,笔者在此建议:

（1国家各主管领导部门今后要持续扶植与鼓励半导体硅材料（多晶、单晶的科技攻关与产业化,一定要尽快赶上世界先进水平。

（2在国家科技部的支持下,由中国电子材料行业协会组织,会同各标准化专业单位和硅材料、硅光伏企业,经过反复研讨尽快建立我国自主的太阳能电池用多晶硅的质量标准。

（3在国家主管部门的领导下统筹规划,建设资源节约型、环境友好型企业与产业,尽快扭转我国目前太阳能电池用多晶硅质量混乱的局面。

（4积极统筹发展硅产业链,逐步形成各具特色的区位优势。

大力促进我国电子信息材料由大到强的转变。

大力培育我国国内自己的光伏市场,促成国家新能源、可再生能源相关优惠政策实施细则早日出台,为改变我国的能源结构做出贡献。

（5目前我国多晶硅严重短缺,价格暴涨。

不少硅光伏行业的同仁们饥不择食,甚至不得不采购低质量的硅料。

我们在此建议光伏行业的朋友不要在国内急于鼓励多晶硅行业中那些纯度不够的工艺路线与工艺方法,以免个别企业误入歧途。

（6光伏产业的同仁们要开展硅太阳能电池中各类杂质行为及机理研究,并开展硅太阳能电池（热、电、光老化实验研究、失效机理研究及可靠性工程研究。

我们硅材料工作者愿意与硅光伏产业的朋友们共勉、合作,共同为发展我国的硅太阳能电池产业和半导体硅材料产业做出应有的贡献。

（全文完（陈昆泉编发能源

本刊讯2007年9月6日,在北京召开了《节能型双向集热卫浴间应用技术规程》（CECS224:

2007颁布实施新闻发布会。

《节能型双向集热卫浴间应用技术规程》是根据中国工程建设标准化协会（2006建标协字第28号《关于印发中国工程建设标准化协会2006年第二批标准制、修订项目计划的通知》的要求制定,是由中国房地产及住宅研究会住宅设施委员会、建设部政策研究中心住宅厨房卫生间技术研究所、江苏淮阴辉煌太阳能有限公司共同编制完成,2007年9月1号正式颁布实施。

辉煌公司发明的节能型双向集热技术在住宅卫生间中应用,填补了我国住宅卫生间领域节能技术的空白。

为了更好地在全国范围内推广这个节能技术,

中国房地产及住宅研究会住宅设施委员

会于2005年编制了全国住宅设施建筑

设计图集《节能型双向集热卫浴间建筑

设计图集》。

该《图集》重点解决能源的

综合利用,建筑、结构、水、暖、电气等专

业与装修的衔接问题,将使用功能、空间

利用、环境质量、节能等综合考虑,可作

为建筑工程设计人员、房地产开发企业、

施工单位及卫浴间设备生产企业的参考

依据,在节能型双向集热技术的推广方

面起到了建筑业与制造业的链接作用。

随着节能型双向集热技术在国内

的大规模推广,由于在建筑施工、安装

和验收方面技术规程的缺失,该技术

在工程建设中应用受到了影响。

为了

解决这些问题,中国房地产及住宅研

究会住宅设施委员会继续立项编制了《节能型双向集热卫浴间应用技术规程》。

本《规程》是集设计方案、相应的施工方法于一体,进行综合配套研究制定,并加入产品的验收方法,其特点是:

可以形成技术管理上的一致性,解决设计、施工和验收三者之间的配合与制约;

指导施工单位正确安装使用节能型双向集热产品,提供全方位服务,是建筑工程中产品设计、施工和验收的技术依据,有利节能型双向集热成套技术的推广应用,有利于企业实现技术应用带来的社会效益和经济效益,为该项节能技术在我国的推广创造了条件,符合国家建设资源节约型社会和环境友好型社会的要求,促进了我国建筑节能的发展。

《节能型双向集热卫浴间应用技术规程》颁布实施

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