物理冶金法多晶硅的成本分析与技术壁垒

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 materials

Ø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$/kg

Ø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 of

Physical 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