4.3　太阳能级多晶硅存在的问题

太阳电池的高速发展，导致多晶硅原材料的供应紧张，这使进入市场的原料质量不一，部分伪劣产品流入市场，商业纠纷时有发生，导致下游太阳电池制造商按标准化生产的产品质量不稳定，增加生产成本，更重要的是影响信誉。因此，建立太阳能级多晶硅标准和检测方法就是一个需要解决并必须解决的问题，有了这一标准就可以对太阳能级多晶硅原料质量进行有力监管。

有关部门、机构就太阳能级多晶硅标准问题多次召开会议，在2008年3月30日全国有色金属标准化技术委员会在无锡组织举办《太阳能级多晶硅国家标准》（初稿）讨论会，作者也参加了讨论，与会代表对《太阳能级多晶硅国家标准》（初稿）的参数设定、检测方法、判定依据等进行了深入分析，一致认为：目前制定太阳能级多晶硅国家标准的理论依据和试验基础皆不充足，标准文本尚不成熟。

争论的问题主要有如下几个：什么是太阳能级多晶硅？限定太阳能级多晶硅中主要影响光伏转换效率的元素含量为多少合适？太阳能级多晶硅的生产方法是不是需要区分？

太阳能级多晶硅定义是个根本问题，标准是以电池效率的多少为指标或是以多晶硅的杂质的含量为指标？其实，多晶硅的杂质含量与太阳电池的效率是紧密相连的，纯度很高的电子级多晶硅（11个9，通常称11N）是制作不成太阳电池的，必须掺入杂质，这就是为什么以前太阳电池等级的多晶硅大都采用单晶硅棒纯度略低的头尾料，或单晶炉的锅底剩料来进一步熔炼、掺杂、勾兑并再次熔融铸锭而成太阳能级多晶硅。一般认为6～7个9的多晶硅就可以做太阳电池了；如果杂质含量增加，就会大大影响光伏转换效率。研究表明，影响光伏转换效率的元素有P、B、C、O、Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Ca、Mg、Al等，并且这些元素之间也相互影响。因为这些相互影响的关系非常复杂，到目前为止，对其作用机制和精确数量关系的研究仍不深入，所以，制定太阳能级多晶硅标准的时机不很成熟。

目前中国采用的廉价5N物理法制造的多晶硅太阳电池光电转换效率为15%，2天后就衰减到了11%。Timminco物理法多晶硅纯度为5N，硼0.8×10^-6，磷5×10^-6，日本川崎制铁物理法多晶硅制备的太阳电池，效率为14.1%，法国物理法多晶硅制备的太阳电池，效率在12.2%左右。既然效率为6%～8%的多（纳）晶硅薄膜太阳电池可以用，那么，物理法多晶硅制备的电池从发展方向看应该也是可用的，只是稳定效率比西门子法多晶硅的电池效率低一点，这里面的关键是成本问题、性能价格比问题。

少数载流子的寿命直接影响到电池效率，我们用这种方法做出的多晶硅片，用少子寿命测试仪测得电阻率符合生产要求，少子寿命不太均匀（见图4.8）。

图4.8　物理法提纯多晶硅的少子寿命扫描结果

但是，物理法多晶硅制备的太阳电池应该考虑如下几个问题。

① 稳定性问题。因为物理法的提纯技术和原材料金属硅的成分差别很大，因此多晶硅片的稳定性是一个重要的问题，这一点从图4.8少子寿命的分布图中可以看出，从原材料的选取到各个提纯工艺都要精确地控制。

② 太阳电池的生产工艺改进问题。因为物理法提纯的多晶硅不同于化学法生产的多晶硅，所以太阳电池的生产工艺也应该区别于现有的太阳电池的生产工艺，应该加入专门吸杂的过程。这种工艺应该可以降低对材料的要求，尽可能提高太阳电池的效率，从而制造出低成本、相对效率高的太阳电池。

③ 太阳电池的衰减问题。太阳电池的衰减是个老问题，最早发现这个问题是在非晶硅太阳电池中，其实在几乎所有的硅材料太阳电池中都存在衰减问题，只是程度不同而已。关于太阳电池的衰减原因还不十分清楚，对非晶硅太阳电池通常认为是Si—H键不稳定，在光照情况下，断裂成悬挂键，形成复合中心，从而使非晶硅太阳电池效率衰减，不过衰减后可以稳定，经过钝化后仍然可以恢复。目前的物理法多晶硅制备的太阳电池的衰减严重，肯定与其中的有害杂质有关，研究电池效率的衰减与有害杂质的关系以及如何提纯（或控制）这些有害杂质是一个有意义的研究方向。