铸造多晶硅制备技术的研究进展／张发云等

１１３

铸造多晶硅制备技术的研究进展＋

张发云１，叶建雄２

（１新余高等专科学校太阳能科学与工程系，新余３３８０００；２南昌工程学院机械与动力工程系，南昌３３００９９）摘要

近年来，由于低成本、低耗能和少污染的优势，铸造多晶硅成为主要的光伏材料之一，越来越受到人们

的广泛关注。系统论述了太阳能级多晶硅制备技术的研究进展，重点介绍了目前铸造多晶硅制备技术，如浇注法

（Ｉｎｇｏｔｃａｓｔｉｎｇ）、定向凝固法及电磁感应加热连续铸造法（ＥＭＣＰ）。另外，着重阐述了铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多

晶硅晶粒组织中晶界和住错的形成与控制以及定向凝固的数值模拟技术，讨论了铸造多晶硅材料的研究现状和存在的问题．展望了今后的发展方向。

关键词

太阳能级多晶硅定向凝固提纯铸造技术

中图分类号：ＴＧ２４９文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＣａｓｔＭｕｉｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎ

ＺＨＡＮＧＦａｙｕｎｌ．ＹＥＪｉａｎｘｉｏｎｇｚ

（１

２

ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｙｕｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｙｕ３３８０００，

ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈｎｉａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ！Ｎａｎｃｈａｎｇ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

●

ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００９９）

●

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ｄｕｅ

ｔｏ

ｔｈｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｏｆｌｏｗＣＯＳｔ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙＣＯｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｌｅｓｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ＣａＳｔｍｕｌｔｉ－

ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｈａｓｏｂｔａｉｎｅｄｒｌ－的ｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒ

ｐｒｏｇｒｅｓｓ

ｂｅｉｎｇｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ

ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｎｅｒｅｓｅａｒｃｈ

ｓｏｌｉｄｉｆｉｅａ—

ｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｆｏｒｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ

ｃａｓｔ

ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆ

ｔｉｏｎ

ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ

ａｔ

ｐｒｅｓｅｎｔａｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｓｕｃｈ

Ｉｎ

ａｓ

ｉｎｇｏｔｃａｓｔｉｎｇ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ

ａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｕｌｌｉｎｇ

ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｂｏｒｏｎｉｎ

ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｇｒａｄｅｓｉｌｉｃｏｎｉｓｅｘｐｌａｉｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｃｒｙｓ—ｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｔｉｏｎｉｓ

ａｒｅ

ａｌｓｏ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａ－

ａｒｅ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ，ｅｘｉｓｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｏｓｓｉｂｌｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ

ｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎ

ｄｅｔａｉＬ

ｇｅｙ

ＷＯｌｌ也

ｓｏｌａｒｇｒａｄｅｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ，ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

０引言

自１９５４年实用的太阳电池问世以来，晶体硅太阳电池一

直在世界光伏市场居统治地位，占太阳电池总产量的８０％～

高、投入成本巨大、生产流程长、工艺控制难和环境污染大等

缺点。因此，探索一种具有耗能低、投入成本少、工艺操作简单且环境污染小的多晶硅制备技术已成为各国学者研究的重点。而冶金物理法具有成本低、技术成熟度高、环境污染小、工艺相对简单等特点。特别是近年来通过对铸造工艺的不断改进，对多晶硅材料内部缺陷和杂质的深入研究，以及

９０％。就其晶体形态而言，主要有单晶硅、多晶硅及非晶硅３

大类。单晶硅的电池转换效率较高，但拉制工艺相对复杂，

且对原料要求较严，最终导致成品电池成本偏高；非晶硅电池成本低，但换效效率也较低，且由于非晶硅的§ｗ效应，致使其性能稳定性较差；与上述两者相比，多晶硅电池转换效率适中，制造成本较低，即性价比较高。近年来，多晶硅太阳

电池正是以其高性价比的优势，得到了迅速的发展，市场占有率已达５０％以上Ｄ－ｍ］。

当前，随着太阳能光伏产业在全球范围内的迅猛发展，

数值模拟技术的成熟与运用，使得铸造多晶硅太阳电池的转换效率也得到了迅速的提高，是最有希望实现太阳能级硅的大规模生产的关键技术［１卜¨］。

本文综合论述了近年来铸造多晶硅定向凝固制备技术

的研究进展，着重阐述铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多晶硅晶粒组织中晶界和位错的控制以及定向凝固的数值模拟技术，并展望了铸造多晶硅的发展前景。

作为太阳电池最重要原材料的太阳能级多晶硅在全球范围内严重短缺，供需缺口高达５０％以上，导致其价格成倍上涨。西门子法是目前生产多晶硅的主要技术，但存在着耗能

１

铸造多晶硅锭的制备技术

目前，铸造多晶硅锭的制备技术主要有：浇注法（Ｉｎｇｏｔ

＊江西省教育科学。十一五”规划２００７年重点课题（０７ＺＤ０４３）资助项目，２００８年新余市科技计划项目和２００８年校级重点课题张发云：男，１９６７年生，博士，主要从事光伏材料与先进轻合金材料制备技术的模拟及仿真研究Ｅ－ｍａｉｈｚｆｙａｂｃ＠１２６．ｃｏｍ

万方数据