多晶硅掺镓铸锭降光衰技术研究

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多晶硅掺镓铸锭降光衰技术研究本项目针对行业内太阳能级多晶硅片光衰较大、转换效率波动较大的现状，分析研究了当前工艺中存在的问题，通过与国外先进技术对比，明确了技术改良方向，确定了技术目标。通过从硅原料的选择及配比、镓硼共掺比例测算，半熔状况的检查、电学性能的检测与判定、硅片切片及PL测试等方面，制定了详细的实验方案。光衰受硅片中替位硼原子和间隙氧原子形成的亚稳态缺陷影响。

目录

一、背景

当使用三价镓元素部分或全部代替硼元素掺杂后，这种亚稳态缺陷的数量随之减少，光衰情况得到改善。在改善光衰的同时，镓在电性能其它方面的影响也是重要的研究内容。硼在硅中的分凝系数是镓的106倍，这代表着投入相同摩尔量的镓硼原子，硅锭中初始的硼浓度是镓的106倍。随着分凝效应，镓在硅液中的浓度不断上升，导致凝固硅晶体中的镓比例升高。所以，在镓硼共掺硅锭中，二者的比例是不断变化的，初始时，硼的浓度高，后期镓浓度上升，逐渐超过硼。

当硅锭最终被完成切片时，不同位置产品的电性能不同。项目通过研究，创造性地开发了硼镓共掺工艺，使得电池光衰降低至1%以下。同时解决了硅片中硼氧复合体缺陷难题，使得电池片转化效率稳定在18.5%。通过调整硼镓掺杂比例，实现了硅锭电阻率和硅片电阻率可控技术。

二、应用案例

1.项目概述

多晶硅掺镓铸锭降光衰技术项目于2014年10月陆续在常州天合、晶澳太阳能、浙江晶科推广，2016年度年产值分别达到了18762万元、14315万元、16443万元。产品性能指标优于同行业产品，使用该技术后生产的多晶硅片光衰为0.86%-0.98%，电阻率为1-3Ω·cm,转换效率达到18.5-18.6%。项目实施后取得了优异的社会效益，并能够使得多晶硅产业形成规模经济，推动低成本的产业化进程，在国内光伏行业有良好的声誉，被多家公司引进该技术，已经在太阳能级硅片铸锭领域被应用，推广前景良好。

2.主要效益

直接经济效益 单位：万元人民币

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社会效益与间接经济效益

项目实施后取得了优异的社会效益，并能够使得多晶硅产业形成规模经济，降低生产成本，推进低成本的产业化进程，使得清洁环保的太阳能为普通大众所使用，享受科技进步带来的时代进步，同时扩大就业市场，给就业者更多的工作岗位，有利于促进和谐社会的发展，建设资源友好型社会，符合国家未来发展战略。

三、技术要点

由单一掺硼变为镓硼共掺，使电池的光衰可以降低到1%以下，光衰低于掺硼产品。

通过调整硼镓掺杂比例，实现了硅锭电阻率和硅片电阻率可控技术。

镓原子受间隙氧的影响很弱，保证整个系统的稳定性。理论上。对整个光伏系统的长期收益和维护有利。

使用高纯镓替换部分硼母合金，降低了生产成本，经济和社会效益明显。

四、应用前景

本项目针对行业内太阳能级多晶硅片光衰较大、转换效率波动较大的现状，分析研究了当前工艺中存在的问题，通过与国外先进技术对比，明确了技术改良方向，确定了技术目标。我们细化具体技术指标，从硅原料的选择及配比、镓硼共掺比例测算，半熔状况的检查、电学性能的检测与判定、硅片切片及PL测试等方面，制定了详细的实验方案。光衰受硅片中替位硼原子和间隙氧原子形成的亚稳态缺陷影响。当使用三价镓元素部分或全部代替硼元素掺杂后，这种亚稳态缺陷的数量随之减少，光衰情况得到改善。在改善光衰的同时，镓在电性能其它方面的影响也是重要的研究内容。硼在硅中的分凝系数是镓的106倍，这代表着投入相同摩尔量的镓硼原子，硅锭中初始的硼浓度是镓的106倍。随着分凝效应，镓在硅液中的浓度不断上升，导致凝固硅晶体中的镓比例升高。所以，在镓硼共掺硅锭中，二者的比例是不断变化的，初始时，硼的浓度高，后期镓浓度上升，逐渐超过硼。（初始投放的镓硼比例对该值有影响）当硅锭最终被完成切片时，不同位置产品的电性能不同。项目通过研究，创造性地开发了硼镓共掺工艺，使得电池光衰降低至1%以下。同时解决了硅片中硼氧复合体缺陷难题，使得电池片转化效率稳定在18.5%。通过调整硼镓掺杂比例，实现了硅锭电阻率和硅片电阻率可控技术。