单晶硅与多晶硅的区别2.doc

一起扫盲 多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。1 _# s, U# m$ n5 r! j( W+ V) |. W9 g& S6 s& q% v多晶硅材料作为制造集成电路硅衬底、太阳能电池等产品的主要原料，是发展信息产业和新能源产业的重要基石，我国多晶硅的自主供货存在着严重的缺口，95%以上依靠进口，近年多晶硅市场售价的暴涨，已经危及到我国多晶硅下游产业的正常运营，并成为制约我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈。5 H i4 X+ P2 J. 7 y太阳能电池的类型及其应用前景评价 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等（见图1）。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、材料易于获得，且成本低；2、要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。以下是对太阳能电池的种类及其应用前景的评价。 ( Q; N- d8 % _, u+ W: a5 b* x. U. 图1 太阳能电池类型（按材料类型分）! o6 |2 G5 l/ C$ s9 h. A表1 主要太阳能电池成本-性能评价表 * D w8 u3 H( j/ T太阳能电池的类型及其应用前景评价 ; c: e, q+ V G7 s见附件5 O6 k0 ! - A1 b: S7 z2 |; f 从上表1的评价结果，我们可以得出以下结论： , F& C8 S0 U# 7 + 7 a3 a3 n0 x, n; N单晶硅电池：# Z$ L! ( l( r: C- L! d0 X- E2 D未来35年内（20062010年），太阳能级单晶硅仍是太阳能电池最重要的来源，虽然单晶硅太阳能电池成本较高，但是由于具有较高转化率的优势，仍然占有一部分市场，并且在一段时间内还处于增长状态，需要技术水平也较低。( |/ c% a# B6 N5 Q0 $ r% w0 O* z d7 R2 N5 X7 e! w然而，太阳能级单晶硅技术目前已经较成熟，技术水平再提高的空间较小，同时，由于受单晶硅材料价格及相对繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。因此，可以预计单晶硅太阳能电池的长远发展前景并不乐观，但未来一段时期内，仍有较大的发展空间。% I( r4 2 m/ 1 U a1 k; h! p s8 y% V/ N多晶硅电池：: q7 q. l S& v4 l$ $ e/ I# C+ F* G4 X与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅电池成本低，但也存在明显缺陷。晶粒界面和晶格错位，造成多晶硅电池光电转换效率一直无法突破20%的关口。而单晶硅电池早在20多年前就已经突破20。然而，近年来多晶硅太阳能电池的技术水平提升很快，其电池转换效率最高已经达到17%以上，组件转换效率可达15%以上，与单晶硅的差距正逐步减小。最近，德国弗劳恩霍夫协会发表公报说，目前该协会下属的弗赖堡太阳能系统研究所经过两年攻关，成功开发出一种新技术，可以使多晶硅电池的晶格错位等缺陷得到部分解决。其技术关键是在太阳能电池生产过程中选择适当温度，使多晶硅的电子性能得到提高，并同时形成高效率的太阳能电池结构。该所的研究人员已经找到了适当的温度平衡点，既保证太阳能电池高效率所需高温，又兼顾这一温度在材料可接受的范围以及它在工业生产中的可行性。如果该技术能够达到产业化应用，将进一步提高多晶硅太阳能电池产品的竞争力。) Z+ k7 s8 : V5 J S M& n, Z, f3 X4 Z& j+ Q( I多晶硅薄膜电池：6 m0 U K) z; l9 v$ # U5 P8 Z7 i5 * H多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率又高于非晶硅薄膜电池，因此，随着薄膜生产技术的不断完善和成熟，多晶硅薄膜电池将来可会在太阳能电地市场上占据主导地位。 c# ?# M1 Y. S: a- ?2 s4 _: g: ?7 m( X: h( q非晶硅薄膜电池：! T- ?/ 3 x5 G7 - M V$ N y8 u! 7 R6 C非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。但是由于非晶硅的光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。为了解决非晶硅薄膜电池的稳定性问题，人们开始研究aSi/aSi叠层太阳能电池技术，能够在一定程度上提高非晶硅薄膜电池的转移效率，但该电池的稳定性仍然不高，转换效率的大辐提高仍有待时日，近年内要实现大规模生产可能性较小。( i, o/ N c4 SS/ x, i* r* w8 x7 cIII-V族化合物及CIS电池:- P3 L) U& j4 d/ 4 V& ?8 t( & f* H# G; Z j2 _作为太阳能电池的材料，III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。此外，这类电池材料中，有相当一部分属于剧毒元素，如As、