《電子技術(shù)應(yīng)用》
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硅晶體材料的技術(shù)創(chuàng)新和光伏應(yīng)用

2018-06-29
關(guān)鍵詞: 硅晶體 太陽能 光伏 電池

  自從1954年由貝爾實驗室發(fā)明了太陽能電池,當(dāng)時的效率是6%,華盛頓日報報道標(biāo)題是這樣的:有一天這個發(fā)明將會改變世界。40年、50年過去以后,太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)的確已經(jīng)改變了世界。在過去的10年當(dāng)中,太陽能光伏得到快速發(fā)展:從2007年大概每年不到6GW,一直到2017年年安裝量達(dá)到了100GW,10年時間增長了數(shù)十倍,成為發(fā)展最快的高科技產(chǎn)業(yè)。在這個產(chǎn)業(yè)當(dāng)中,有一系列的太陽能電池和材料,包括了硅晶體,也包括了非晶硅太陽能材料,化合物半導(dǎo)體的太陽能材料,以及我們正在研究的新概念太陽能材料,毫無疑問,硅晶體占了最主要的地位,擁有大概在90%以上的市場份額,成為太陽能光伏的主體。

  黃河水電也是太陽能硅晶體電池和電站的主要建設(shè)者之一,為什么是硅材料?硅材料有它卓越的優(yōu)點。

  第一、它的原料是豐富的,它占了地殼含量的26%,處于第二位。同時,它的成本是低的,和同樣的半導(dǎo)體晶體相比,成本只有它的1/5,甚至到1/10。另外,它沒有毒,環(huán)保,它的工藝成熟,它能夠生長大直徑,而且少缺陷,太陽能電池單極可以達(dá)到25.6%以上,現(xiàn)在最新的報道是26.6%。最重要的是材料穩(wěn)定,它的太陽能電池的效率可以使用30年,而它的整體效率不超過20%。正是由于這樣的成本以及它的性能的優(yōu)越性,在可預(yù)見的未來,太陽能光伏的主體材料和產(chǎn)業(yè)依然是硅。

  第二,現(xiàn)在正在發(fā)展的技術(shù),稱為連續(xù)加料技術(shù),在晶體生長的坩堝邊上,利用顆粒料加入在晶體當(dāng)中,在不停止生長的情況下,使龍體始終保持生長的過程,這有望在今后的幾年當(dāng)中走入產(chǎn)業(yè)鏈,除此之外,還有兩種液體的連續(xù)加料技術(shù),通過另外一個噴槍加入,通過毛細(xì)血管的能力,使溶體轉(zhuǎn)入到左邊的坩堝里面來,使左邊坩堝的溶體的熔煉始終保持一定,這樣在長晶體的時候,可以不再停下來了。這是一種連續(xù)液態(tài)加料的方法。

  另外,現(xiàn)在對直拉單晶硅正在應(yīng)用的技術(shù),也就是光遮掩技術(shù),由于直拉單晶硅有比較高濃度的氧,導(dǎo)致了光衰減。而最新的一個技術(shù)報道,把通常的直拉硅晶體切成四方型,改成了六邊形,通過六邊形形狀的改變,提高了單晶硅材料的運用,據(jù)了解這樣可以使得單晶棒的應(yīng)用率提高19%以上,充分的利用了相關(guān)的面積和材料,使得非晶硅的成本降低10%。

  還有一種技術(shù),主要是鑄造單晶技術(shù),也稱為準(zhǔn)單晶或者類單晶。它的方法是在晶體生長的時候,利用鑄造多晶硅的技術(shù),在晶體的底部坩堝布一層直拉硅單晶,這種技術(shù)2012年在產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)得到了應(yīng)用,一度達(dá)到了10%多的市場份額。

  我們說,在可以預(yù)見的將來,硅還是光伏產(chǎn)業(yè)的主要基礎(chǔ)材料,而隨著硅晶體生長和加工新技術(shù)不斷的出現(xiàn),也能促進(jìn)成本的降低,為光伏的平價上網(wǎng)做出重要的貢獻(xiàn)。


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