新能源科技多晶硅及多晶硅太阳电池

新能源科技协会讲座多晶硅及多晶硅太阳电池1多晶硅的定义2多晶硅的特点3多晶硅与单晶硅电池的比较4多晶硅的生产方法5多晶硅及其他太阳电池的市场份额6多晶硅电池的生产方法7主要生产工厂8多晶硅电池发展前景与主要纯在的问题多晶硅:是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅多晶硅性质灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学多晶硅太阳能电池科技名词定义中文名称：多晶硅太阳能电池英文名称：polycrystallinesiliconsolarcell定义：以多晶硅为基体材料的太阳能电池当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅单晶硅和多晶硅的区别多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。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”。多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的区分方法一般单晶硅棒是在单晶硅炉中拉制而成的，通常要经过滚圆，再通过切片机切成，为了充分利用硅片，四个角保留圆弧，成为准防骗，，而多晶硅通常是由铸锭炉浇筑成，的大块的多晶硅锭，经过破锭机和多线切片机切割成厚度为0.15-0.3mm的方片再制成电池，所以多晶硅电池一般都是方形的。世界多晶硅主要生产企业日本：Tokuyama、三菱、住友公司、美国：Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司德国：Wacker公司Q-cells，其德国wacker公司的生产能力已达30000吨、年中国主要多晶硅厂商1无锡尚德太阳能电力有限公司2江西赛维LDK太阳能高科技有限公司3英利绿色控股有限公司多晶硅片得生产工艺如下1硅了分类，硅料喷砂硅料腐蚀

坩埚装沙（坩埚准备）硅锭切片浆料准备表面研磨倒角

少子寿命测量硅料粘结浆料准备

硅片切割硅片清洗与测量

包装入库多晶硅太阳电池的发电效率一般目前为15-17%，据悉在2011年SENC光伏大会上海无锡尚德展出的多晶硅太阳电池的效率已达到17.5

多晶硅通常是有铸锭炉浇铸成大块的多晶硅锭，经经过破锭机和多线切割机切割成厚度为0.15—0.3mm的方片，再制成电池。多晶硅成型后要按照一定的形状进行切割，切割后的硅片会留下一定的的污染杂质，通常用化学试剂来清洗这些杂质。常用的有有机溶液，强碱，浓酸，处理后要用高纯的离子水清洗干净。进行热扩散多晶硅生产过程中主要危险、有害物质中氯气、氢气、三氯氢硅、氯化氢等主要危险特性有：１）氢气：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。２）氧气：助燃物、可燃物燃烧爆炸的基本要素之一，能氧化大多数活性物质。与易燃物(如乙炔、甲烷等)形成有爆炸性的混合物。３）氯：有刺激性气味，能与许多化学品发生爆炸或生成爆炸性物质。几乎对金属和非金属都起腐蚀作用。属高毒类。是一种强烈的刺激性气体。４）氯化氢：无水氯化氢无腐蚀性，但遇水时有强腐蚀性。能与一些活性金属粉末发生反应，放出氢气。遇氰化物能产生剧毒的氰化氢气体。５）三氯氢硅：遇明火强烈燃烧。受高热分解产生有毒的氯化物气体。与氧化剂发生反应，有燃烧危险。极易挥发，在空气中发烟，遇水或水蒸气能产生热和有毒的腐蚀性烟雾。燃烧(分解)产物:氯化氢、氧化硅。６）四氯化硅：受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气。７）氢氟酸：腐蚀性极强。遇H发泡剂立即燃烧。能与普通金属发生反应,放出氢气而与空气形成爆炸性混合物。８）硝酸：具有强氧化性。与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。与碱金属能发生剧烈反应。具有强腐蚀性。９）氮气：若遇高热，容器内压增大。有开裂和爆炸的危险。１０）氟化氢：腐蚀性极强。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。１１）氢氧化钠：本品不燃,具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。

利用价值在太阳能利用上，多晶硅和单晶硅发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。工业发展从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2]对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，国际多晶硅产业概况当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。国际多晶硅主要技术特征（1）多种生产工艺路线并存，产业化技术封锁、垄断局面不会改变。由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80％，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。（2）新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。除了传统工艺（电子级和太阳能级兼容）及技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vapertoliquiddeposition）；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，Al－Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。在中央政府大力推广新能源政策的支持下，各地方省份也是积极跟进，培养优势产业。江西省抓住机遇，凭借粉石英（硅材料主要原料）储量全国第一的资源优势，出台多方面措施保障光伏产业发展。短短3、4年间，使得一大批光伏产业上下游项目迅速在江西集聚，成为我国重要的光伏产业基地。以新余为主产地、以赛维LDK和盛丰能源为核心企业的产业带具有较强的生产能力，初步建立了从硅料、硅片到太阳能电池组件及配套产品的完整产业链，拥有了对外合作的有效途径和一批关键人才，在国内已具有较明显的规模优势和市场竞争力。

2008年江西省光伏产业发展迅速，实现销售收入128.9亿元。另外该省生产的多晶硅片已占全球总产量的四分之一，龙头企业赛维2008年的产能超过1400MW。

2009年初，经省政府同意，由江西省发改委牵头编制的《江西省光伏产业发展规划》正式下发，为江西光伏产业发展确定了大的方向。规划中提到，力争到2012年将江西打造成为全球重要的光伏产业生产基地。按照规划，未来数年，新余、丰城、南昌产业带将建成全省光伏产业主要集聚区。行业发展的主要问题

同国际先进水平相比，国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在以下几个方面：

1、产能低，供需矛盾突出。2005年中国太阳能用单晶硅企业开工率在20％－

30％，半导体用单晶硅企业开工率在80％－90％，无法实现满负荷生产，多晶硅技术和市场仍牢牢掌握在美、日、德国的少数几个生产厂商中，严重制约我国产业发展。

2、生产规模小、现在公认的最小经济规模为1000吨/年，最佳经济规模在2500吨/年，而我国现阶段多晶硅生产企业离此规模仍有较大的距离。

3、工艺设备落后，同类产品物料和电力消耗过大，三废问题多