太阳电池用硅材料进展

ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang太阳电池用硅材料进展太阳电池用硅材料进展杨德仁浙江大学硅材料国家重点实验室中国（呼和浩特）太阳能光伏会议ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang¾2009年¾占太阳电池市场的90％左右一、引言一、引言硅是最主要的太阳电池材料¾2005年¾占太阳电池市场的98％以上ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang二、国际多晶硅材料二、国际多晶硅材料020000400006000080000100000吨（T）200420052006200720082009Year多晶硅ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang多晶硅材料严重短缺多晶硅长期合同价020406080100USD2004200520062007200820092010Year多晶硅价格现货400USD/kg60USDZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang全球多晶硅的长期需求全球多晶硅的长期需求A.Muller,etal，MaterialsScienceandEngineeringB134(2006)257–262ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang多晶硅国际企业－老多晶硅国际企业－老公司2008年产能（t）2010年产能（t）海姆洛克(Hemlock)145001900021000MEMC800015000580013500415078450瓦克(Wacker)12500德山曹达(Tokuyama)5800REC6500三菱硅3150总计504502010年：产能～20万吨ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangHemlockHemlockMEMCMEMCRECRECWackerWacker05000100001500020000250002005200820092010ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang¾原料为氟硅酸钠Na2SiF6，它是磷肥制作过程中的副产品，来源廉价和广泛。¾氟硅酸钠Na2SiF6经过加热，转变为四氟化硅气体SiF4及副产品氟化钠NaF，SiF4通过高纯金属钠Na，即形成高纯硅粉Si，然后制成多晶硅。¾副产品氟化钠NaF又是优质的化工原料，用于制铝工业和牙膏生产。钠还原制备多晶硅技术钠还原制备多晶硅技术美国斯坦福研究员院ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang¾生产工艺简单。¾生产成本和投资成本大幅度降低。¾副产品充分有效利用。●硅粉纯度：杂质浓度0.02ppm(7N)●太阳能电池效率：15+1%(AM1)●目标硅生产成本：14美元/千克●投资成本：约为西门子法的1/3ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang三、国内多晶硅材料三、国内多晶硅材料0200040006000800010000120001400016000Ton（t）1996199820002002200420062008Year2009年：进口约15000tZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang多晶硅国内企业多晶硅国内企业乐山新光1200t洛阳中硅1000t徐州中能3000t无锡中彩300t峨嵋半导体100t乐山新光1200t洛阳中硅1000t徐州中能3000t无锡中彩300t峨嵋半导体100t～30000t产能万州大全1500四川永祥1000扬州顺大1500洛阳中硅2000神舟硅业1500宜昌南玻1500宁夏阳光1500徐州中能13500…万州大全1500四川永祥1000扬州顺大1500洛阳中硅2000神舟硅业1500宜昌南玻1500宁夏阳光1500徐州中能13500…¾2009年：16家多晶硅企业ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang在建生产线在建生产线多晶硅国内企业多晶硅国内企业52700LDK15000t江宁新双龙1200t新光二期6000t四川超磊1500t天威四川3000t四川乐电3000t亚洲硅业1250t特变电工1500t山西潞安2500t衢州中宁1500t陕西天宏1250t昆明冶研3000t，洛阳世纪新源10000t锋威硅业1500t.LDK15000t江宁新双龙1200t新光二期6000t四川超磊1500t天威四川3000t四川乐电3000t亚洲硅业1250t特变电工1500t山西潞安2500t衢州中宁1500t陕西天宏1250t昆明冶研3000t，洛阳世纪新源10000t锋威硅业1500t…….四川瑞能东汽东山…….四川瑞能东汽东山…….ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang多晶硅制备多晶硅制备¾三氯氢硅氢还原法（SiHCl3，改良的西门子）¾硅烷法（SiH4）－－－－－英利、中宁ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang无缩颈生长技术无缩颈生长技术四、晶体硅生长技术四、晶体硅生长技术ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang普通铸造多晶硅铸造单晶硅（籽晶诱导生长）坩埚加热器保温罩籽晶单晶多晶单晶硅铸造技术单晶硅铸造技术ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang冷等离子体•等离子体整体温度：接近室温•电子温度：2-5万开尔文（2-5eV)纳米颗粒一般带负电防止纳米颗粒聚集良好的尺寸均匀性控制等离子体腔内壁带负电良好的纳米颗粒限制作用高产率纳米硅制备技术纳米硅制备技术ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang浙江大学硅纳米颗粒制备系统发明专利ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangX.D.Pi,etal.,Appl.Phys.Lett.91,083112(2007)Afterplasma1Afterplasma2X.D.Pi,etal.,Nanotechnology19,245603(2008)Dp=3.43±0.64nmDp=2.90±0.76nm极小尺寸（3nm）硅纳米颗粒的制备ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangB-dopedP-dopedAs-synthesizedoxidized杂质位置的差异性硅纳米颗粒的制备：掺杂X.D.Pi,etal.,Appl.Phys.Lett.92,123102(2008),highlightedbyMRSMaterialsNewsandMaterialsToday.ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang硅墨水的配制0.1mM/L硅墨水（硅纳米颗粒∼4nm）产于2009年10月watersandbath(~200°C)SiNPsin1-dodecene&mestilyleneF.J.Hua,M.T.Swihart&E.RuckensteinLangmuir21,6054(2005)发明专利ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangBPSolarex多晶硅太阳电池(12cm×12cm)1–3nm硅纳米颗粒(研磨多孔硅而得）/有机溶剂混合物Dropcasting金属线硅纳米颗粒薄膜M.Stupca,M.Alsalhi,aT.AlSaud,bA.Almuhanna,bandM.H.NayfehAppl.Phys.Lett.91,063107(2007)WO20081051235A21、表面涂覆发明专利ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang¾在紫外波段提高了约60%，¾在红光波段提高了约10%。VocIscλ=254nmλ=310nmλ=365nmλ=550-650nm3nm硅纳米颗粒ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang2、选择发射极p-Sin-Sip-Sin-SiInk-jetprintingSiinkn+-SinanoparticlestripDryingAnnealingp-Sin-Sin+-SistripAntireflectionfilmMetallization发明专利ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangH.Antoniadis(CTOofInnovalight),IEEESanFranciscoBayAreaNanotechnologyCouncilChaptermeeting,Sep.15,2009p-Sip-SiInk-jetprintingSiinkn+-Sinanoparticlestripannealing+cleaningp-Sin+SiAntireflectionfilmMetallizationp-SiPdiffusionsourcenSiZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang3、背场p-SiAl800–1000°Cp-SiAlP+-Si¾用超薄片的问题：硅铝间的热失配→硅片弯曲¾解决问题的途径：用重掺硼的硅浆（墨水）替代铝浆？ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang4、新型HIT电池InnovalightInc.ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangSiwaferSiwaferpoly-Sifilmsilane(SiH4)nonthermalplasmaSurfacemodificationprintingsintering(1)n-typelayeronp-typesubstrate(2)p-typelayeronn-typesubstrate5、新型电池ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYangLaser-sinteredAs-printedSiliconnanoparticlesonglassZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang¾国外多晶硅的产业和新技术¾国内多晶硅产业¾纳米硅的制备及电池五、结语五、结语ZhejiangUniversity2010年7月15日DerenYang谢谢