陈朝**，罗学涛Chen Chao , Luo Xuetao(厦门大学物理系、材料系，Xiamen University）**E-mail :cchen@____________________________*获福建省重大专项/专题（2007ZH0005－2）资助Ø一、光伏产业的关键在于降低成本Ø二、物理冶金法简介Ø三、物理冶金法的成本分析Ø四、物理冶金法的技术壁垒Ø五、当前物理冶金法多晶硅的质量Ø六、对发展我国物理冶金法的建议一、光伏产业的关键在于降低成本Key problem is reduce cost for PV domain.ØLack of energy sources,serious pollution in the World，Ø光伏发电的优点：清洁，无机械运动，无污染，轻便，有阳光处就可用，能量回收期短，长寿命。
Ø光伏发电的各种应用：（1）并网发电：小电站，屋顶工程；（2）离网发电：移动通讯电源、手机直放站电源PV－LED（光伏－发光二极管）系统：电压、电流、功率、直流、安全等方面两者匹配最好！（庭园灯、夜景灯、路灯、交通指挥系统、灯塔、长久广告牌、夜景工程、照明等）可能成为光伏应用的亮点。
（3）建筑一体化Ø光伏发电一次性投入高，但使用寿命长（10～20年）电池：3－4$/Wp；模组：比电池高0.65$/Wp光伏电价约是风力电价3倍，常规电价的9倍。
Ø发展光伏产业的关键：除了各国政府推出鼓励性政策外，须大大降低原料成本（约占60％）和电池制备成本！Ø如果太阳电池成本降低到～1$/Wp, 则可风力发电相当，光伏产业就不需要政府的优惠政策而进入市场。
Ø如果太阳电池成本降低到～0.3$/Wp, 则可火力发电相当，光伏发电就可进入千家万户。
Ø所以,在保证质量的前提下，低成本是光伏产业发展的必经之路！级成本的最有效方法之一！Ø如果不考虑当前市场抄作的因素, 改进西门子法生产的SoG-Si成本约20-25$/kg(未铸锭）; 物理冶金法成本约10$/kg（可不铸锭）以下, 最低仅仅5~7 $/kg.Ø所以推广物理冶金法有可能实现使电池成本降低于1$/Wp, 低于风力发电, 加上太阳电池发电的绿色、安全、方便等因素可以不需要政府的优惠政策而进入市场.二、物理冶金法简介Ø物理冶金法和含义和回顾Ø制备硅太阳电池材料的两条技术路线Ø两种提纯工业硅方法的比较Ø物理冶金法简介•用物理和冶金的原理对硅材料进行提纯的方法。
•其特点：硅在提纯的工艺过程中成分不变!•Si element does not change in purification process!Two Processes for Si Solar Cells materialsØ简便：方法、原理、设备、操作都简便，容易掌握和推广。
Ø可完全和工业硅的冶炼工艺兼容Ø大大节约能耗：可充分利用工业硅冶炼的余热Ø大大降低提纯的成本，太阳能级多晶硅成本<10$/kgØ投资少：年产千吨太阳能级多晶硅，投资约1～2亿元（西门子法约10亿元以上）Ø危险性和环境污染较小。
2.6目前物理冶金法的提纯水平Ø可根据需要将2N的工业硅纯度提高到5～6N；Ø用反复定向凝固的方法或其它方法可提高到6N以上；Ø但将纯度提高到9N～12N，成本要很大提高，不适用；Ø目前B、O、Fe含量偏高，存在光衰减现象，但可以克服。
本人看法：根据冶金法的优缺点，它适合于现阶段我国太阳能级多晶硅的制备！(Status of physical metallurgical method)Ø精细冶炼：选矿、造渣、吹气精炼（已成熟）Ø湿法(酸洗)冶炼（已成熟）Ø各种定向凝固（已基本成熟）：自然凝固、区域提纯、布里兹曼凝固、HEM、EMC 激光定向凝固（探索）等Ø各种单晶生长技术：CZ、FZ、MCZ（已成熟）Ø等离子体氧化除硼、湿汽氧化除硼（探索）Ø真空电子束去磷（探索）Ø等离子化学反应提纯（探索）Ø激光诱导化学反应提纯（探索）Ø金属溶液重结晶技术（探索）三、物理冶金法的成本分析Cost analysis of Physical Metallurgical Method（仅供参考！）Ø除单晶法外，各种物理冶金法成本都小于10$/kg;Ø单晶CZ法在生长速率小于20mm/hr时，有显著的提纯效果，但成本也显著增加，并引入氧；从长远观点看，不宜采用CZ法制备SOG－Si。
Ø定向凝固和真空熔炼的工艺中坩埚占成本约30％,如果坩埚能反复使用或代用，则成本将大大降低.Ø电子束除磷和等离子体氧化除硼，效果良好，但耗电量较大。
Ø从硅液提纯可利用冶炼时的余热，成本最低，可达到5－7$/kg。
四、物理冶金法的技术壁垒Technical barrier ofPhysical Metallurgical Method(1)生长方向：ØSOG-Si 的生长方向必须和入射光平行，切片方向必须和入射光方向垂直！否则因为多晶的晶界阻挡作用，不能用于制备太阳电池。
Ø所以，SOG-Si 制备的最后工序都必须定向凝固生长。
物理冶金法最后工序已进行了定向凝固除金属杂质，可直接制备电池，不必重复定向凝固。
不可用的多晶硅片可用的多晶硅片Ø金属杂质总量：Metal total＜0.1ppm主要是：Fe、Cr 等深能级过渡元素，影响效率和可靠性ØB含量：＜0.3ppm主要影响电阻率和可靠性(Fe-B s对，B s-O i2对产生光衰减)iØO含量：＜1.5x1018cm－3，ASTM 1188,IRFT检测极限，[O]<5x1017cm－3主要影响电阻率和可靠性ØP含量：＜0.1ppm主要影响电阻率和补偿度ØC含量：＜1x1017cm－3，ASTM 1391IRFT检测极限，[C]<8.2x1016cm－3主要影响吸收系数、电阻率、可靠性、过量将形成SiCØ导电类型：P－型（若N－型须改变现有器件制备工艺）Ø电阻率：0.5－3Ω•cm，3－6 Ω•cmØ少子寿命：≥2 μs , ≥10μs（这是影响多晶硅太阳电池效率的最主要因素）（4）几何参数Ø尺寸：125 ±0.5mm, 156 ±0.5mmØ厚度：200 ±30 μm, 180 ±20 μm（1）金属杂质的去除Ø金属杂质是影响效率的最主要因素Ø许多物理冶金方法都能去除金属杂质，定向凝固最有效。
Ø定向凝固的关键是：Ø热场设计：横向均匀，纵向上高下低Ø生长速率：可控、应慢，生长速率＜20mm/h 提高分凝效果A few methodsXXXØB是影响电阻率、电池效率和可靠性的主要因素ØB的分凝系数接近1（~0.8），分凝方法效果差Ø除硼的主要方法简介：①氧化成气体除硼：用湿氢氧化、等离子体氧化生成气态的硼氧化物和氢氧化物，抽气离开硅液体Si + H2O SiO+ H2(s) (g) (g) (g)SiO+ 1/2H2+ B HBO + Si(g) (g) (s) (g) (s)②氧化分凝除硼:当Si表面氧化后，B和Al可从Si体内向SiO2迁移③造渣除硼：用助渣剂放入硅液中，造渣将B被吸入渣中排除Ø氧可生成热施主、新施主影响电子浓度Ø氧是产生电池光致衰减的主要原因Ø氧沉淀可用于吸杂技术，提高少子寿命Ø除氧方法：吹Ar、吹N2；真空熔炼；防止石英坩埚在高温下和硅反应：ØP是影响掺杂浓度和补偿度的主要因素Ø为了控制电阻率而有意掺P是不合适的Ø除P的最有效方法是真空熔炼Ø目前已经能达到[P]＜0.1ppm（5）除碳C的方法ØC可作为异质核促进新施主的形成和氧的沉淀；ØC可促进B-O络合物的形成，造成光致衰减（LID）现象Ø除C方法吹氧氧化，真空熔炼，防止石墨坩埚沾污。
五、当前物理冶金法多晶硅的质量Quality of MC-Si by Physical Metallurgical MethodØ物理冶金法具有低成本、少污染、可具有自主知识产权、投资少、见效快的优点，经过努力可以达到SOG －Si的要求；Ø国外报道已经达到SOG－Si的要求，目前的工作在于进一步降低成本，用于电池制备；Ø国内接近6N水平，处于技术突破的前夕，重点的工作是：（1）达到并超过6N水平；（2）提高产品的质量稳定性和重复性；（3）从中试走向大批量生产；（4）解决物理冶金法太阳电池性能的光衰减问题。
——2006年日本国际晶体硅太阳电池研讨会介绍Ø会议：http://www.xtalphys.imr.tohoku.ac.jpInternational workshop on Science and Technology ofCrystalline Si Solar Cells2-3 October 2006Institute for Materials Research, Tohoku UniversitySendai, JapanØSupported by （日本学术振兴会161委员会）Japan Society for the Promotion of Science 161 Committee Institute for Materials Research, Tohoku University Sendai Tourism & Convention BureauØ报告：邀请：16篇；Poster ：11篇。
Advanced Metallurgical Purification Process for Solar Grade Si（CSSC－1）数据来源：Progress in Photovoltaics: Research and applications, 2001；9；203－209 Intern. Workshop on Sicience and Technology of Crystalline Si Solar Cells2-3 Oct. 2006, Sendai, Japan原料：MG－Si：99.5％；第一阶段：P<10ppmw, 其它杂质<0.1ppmw工艺：物理冶金法：电子束除P，酸洗，离子束氧化去B，定向凝固除金属等。