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杨德仁:铸造单晶技术有望实现更大突破

9月5日,2019中国国际光伏技术论坛(CITPV)在杭州举行。中科院院士、浙江大学教授杨德仁在演讲中表示,铸锭晶体硅是太阳能的主要的电池材料,在提高单晶率、降低籽晶成本后,将给产业带来重要突破。

杨德仁指出,直拉硅单晶效率较高且晶格完整,质量较好,但同时由于能耗高,对应的成本也相对较高。从目前的技术现状来看,直拉单晶主要使用的是重复拉晶技术,即将生长完成后的晶体重复拉出,“我们使用的水冷套技术可通过加快冷却速度,缩短生长时间,大幅增加晶体生长长度来降低成本,目前可做到3-4米,生长约4-6根。”

但光衰减是直拉单晶目前尚未克服的一大挑战。核心原因在于晶体生长时使用的SiCi坩埚,“从根本上解决这个问题需要降低氧含量,目前的研究方向主要有两点,一是在现有的SiCi坩埚加高层的二氧化硅或其他涂层,使氧难以进入硅垄体;二是做高纯的碳化硅的SiCi坩埚。”

蜂巢硅片是目前直拉单晶在国际上盛行的一种新技术。杨德仁介绍,将单晶硅片切成六边形,单晶成品棒利用率可增加19%,单晶硅片的非硅成本下降10%以上,并且能够兼容PERC等各种高效电池技术

铸锭单晶是将直拉与铸造的优势结合之后的新技术,但杨德仁表示,在实际生产过程中铸锭单晶还是会遇到一些问题,“第一是需要新增籽晶的成本,第二是单晶率,第三是高密度位错,第四是材料的利用率,这些问题都是投入产业过程中需要继续克服和解决的问题。我们提出一个方法晶界工程。”

对于高密度错位的问题,杨德仁提出了晶界工程的解决方案。“晶界工程可以抑制它的位错,据我们去年的实验显示,选择∑13a的晶面,可以看到底部到顶部整个的晶界非常清晰,边缘硅锭制备电池的平均效率绝对值提高了0.59%,中心区铸造单晶与直拉单晶效率相差0.05%,达到了直拉单晶的水平。”

“在可预见的将来,硅将是光伏产业的主要基础材料,直拉硅单晶的氧浓度降低和光衰减抑制期待更好解决,铸造单晶技术的单晶率、位错、籽晶问题依然有待突破。”


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