新型硅生长技术

虽然经过了几十年的努力，单晶硅太阳能电池的制造成本有了很大的降低，但与常规能源相比，仍然显得比较昂贵，这也就限制了它进一步大规模地使用。而单晶硅的高质量、大尺寸和高光电转换效率，作为有效降低生产成本和使用成本的主要途径，一直是我们努力追求的目标。

为了提高晶体质量和进一步降低生产成本，在传统的直拉单晶硅生长工艺上又派生出磁场直拉单晶硅生长工艺和连续加料的直拉单晶硅生长工艺。

1．磁场直拉单晶硅生长工艺

1980年日本SONY公司将磁场直拉晶体技术正式运用到单晶硅生长工艺中。由于磁场具有抑制导电流体的热对流能力，而且大部分金属及半导体熔体都具有良好的导电性。故在传统的直拉生长系统上外加一个磁场，可以抑制熔体里的自然热对流，避免产生紊流现象。在合适的磁场强度及分布下进行晶体生长，能起到减少氧、硼、铝等杂质经石英坩埚进入硅熔体后进入晶体的作用，从而可制备出氧含量可控及均匀性好的高电阻率的直拉单晶硅。

采用磁场晶体生长技术时磁场对于晶体生长轴的方向对实际效果有很大的影响，根据所加磁场结构、方向的形式不同可有横向磁场、纵向磁场及各种非均匀分布的复合式磁场三种，如图5－25所示。其中以复合式磁场效果最好，使用最普遍。

图5－25　外加磁场方向示意图

目前我国已使用美国KAYEX公司KX－150MCZ磁场单晶硅生长系统（最大装料量为150kg），运用拥有自主知识产权，采用磁场及计算机控制的热辐射的完美晶体生长技术，已研制生产出氧、碳含量可控、缺陷密度低、电阻率均匀性好的直径大于200mm的大直径单晶硅。

2．连续加料的直拉单晶硅生长工艺

它是让晶体生长的同时不断地向石英坩埚内补充添加多晶硅原料侧，以此来保持石英坩埚中有恒定的硅熔体，致使硅熔体液面不变而处于稳定状态，减少电阻率的轴向偏析现象，并可以生长出比较长的单晶硅棒以增加产量，提高了生产效率。当前连续加料方法主要有液态连续加料和固态连续加料两种方式。生长晶棒程序如图5－26所示。

图5－26　利用二次加料生长晶棒的程序

虽然因采用新的单晶硅生长技术，会使设备变得复杂而增加前期投资，但预期仍然可降低约40%的生产成本。

同时在生长工艺控制上，大力研发运用新型的监控设备和自动化控制设备，对不同的生长参数进行系统的理论研究，合理地控制单晶硅生长过程，根据不同生长阶段采用不同的生长控制参数，为生长高质量、大尺寸的单晶硅奠定了基础。

北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司自1995年8月研制出我国第一根直径8英寸的直拉单晶硅，1997年8月研制出我国第一根直径12英寸直拉单晶硅，后又于2002年11月研制出我国第一根直径18英寸的直拉单晶硅。

在技术方面，我国北京有色金属研究总院和北京太阳能研究所从20世纪90年代起进行高效单晶硅太阳能电池的研究开发。采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使电池效率达到了19．8%，激光刻槽埋栅电池效率达到了18．6%。我国光伏产业在开拓中前进，有了一定的基础。但在总体水平上与国外相比还有很大差距，如生产规模较小，技术水平低，专用原材料及专用生产设备国产化程度低，产品质量有待提高，组件成本高等。因此。应该积极开展太阳能电池的研究与开发。在提高太阳能电池转换效率的同时，更要研究适合大规模生产的工艺，把科研成果真正转化为社会经济效益，这对我们国家的太阳能电池产业具有重大的意义。