9-21至3日,“第十届中国(无锡)国际新能【néng】源大会暨【jì】展览会(CREC2018)”在无锡召【zhào】开。本次大会【huì】由国家能源局、中国能源研究会指导,中国【guó】贸【mào】促会、江苏省人民政府主办,无锡市【shì】人民【mín】政府等承【chéng】办。中国科学院【yuàn】院士、硅材【cái】料国家【jiā】重点【diǎn】实验室【shì】主任、半导体【tǐ】研【yán】究所所长杨德仁【rén】在同【tóng】期举行的2018年全【quán】球【qiú】新能源产业峰会上作【zuò】了“铸造【zào】单【dān】晶的现状和发展”的主【zhǔ】题【tí】演【yǎn】讲【jiǎng】。

 


 

杨德仁在【zài】演讲中指出,随着【zhe】今后【hòu】的发展单晶硅的份额【é】将会增加的【de】更多,而多晶【jīng】硅的份额会一定量的减少。但是在市场上【shàng】两个产品【pǐn】将会在一【yī】定程度里面【miàn】共存,谁【shuí】也【yě】不会简单【dān】消灭【miè】谁。

以下为杨德仁演讲文字实录:

杨德仁:各【gè】位领【lǐng】导、各位专家【jiā】、各位同【tóng】仁上午【wǔ】好。首先感谢组委【wěi】会【huì】邀【yāo】请我来跟大家【jiā】分享一【yī】下,关于【yú】最近硅材料一个重要的进展,铸造多【duō】晶硅相关的研究进展。

在刚才会【huì】议上面【miàn】我【wǒ】们【men】很多领导【dǎo】和专家对太阳能的发展做了一【yī】个【gè】比较好的介【jiè】绍【shào】,从这张图上面也可以看到,太阳能是新【xīn】能源一个重要的【de】发展【zhǎn】趋势,这张【zhāng】图【tú】显示了欧盟做的一个预计,大概【gài】在2050年【nián】我们的太阳能发电在欧盟希望【wàng】达到【dào】30%,而到2100年希望达【dá】到70%,因此太阳能【néng】光伏发电是今【jīn】后新能【néng】源【yuán】里面最重要的一个能【néng】源形势。而这个【gè】能源【yuán】形势在我们国家,以及在过【guò】去【qù】十年当中也得到了充分的【de】显示,这【zhè】是过去十年【nián】当中我们可以看到的,太【tài】阳能【néng】光伏安装【zhuāng】量的一个增加【jiā】。

十年的【de】期间【jiān】增长【zhǎng】了几乎是10倍,我们从2006年【nián】当年1.5个【gè】GW到去年接【jiē】近100个GW,大概增长【zhǎng】了整个的65倍【bèi】,而我【wǒ】们中国的发【fā】展也是非【fēi】常迅速的。到了去【qù】年我们中国的硅晶体【tǐ】,太阳能电池组件的市场份额在国际上都达到了60%-80%。

在快【kuài】速发【fā】展当中太【tài】阳【yáng】能电池【chí】作为一个基础,组件的基础【chǔ】,电站的基【jī】础无疑是最吸【xī】引人和吸引目光的。在这些太阳能电池【chí】材料当【dāng】中你【nǐ】可以看到【dào】,我们大致可以为几类【lèi】,一种是【shì】晶体硅,一种是非【fēi】晶硅,一【yī】种是化合物半导体包括砷化镓,以及今后【hòu】将要【yào】发展的新概念太阳能【néng】电池。

但在这当中【zhōng】现在的发【fā】展你可以看【kàn】到,最主【zhǔ】流【liú】的最重要的【de】是晶体【tǐ】硅,它在市场的【de】份额超过了90%以上,而非晶硅当年达到10%,而去年仅仅占了全球的0.2%。我们在看这硅晶【jīng】体【tǐ】的产业链相【xiàng】对来说我们这很多的专家比较熟,它是从硅石到金属硅【guī】,然后再【zài】到纯多晶硅,我们【men】通【tōng】过多种【zhǒng】的方法给提【tí】纯。也就是达【dá】到【dào】7个9,到9个9。在这种情况【kuàng】下【xià】,我【wǒ】们把这样一个【gè】材料制备【bèi】成【chéng】晶体硅再做成太阳能【néng】电池,再做【zuò】成组件。

所以今天我们在【zài】展览会上看到很多组件企业的展览,这【zhè】个我们应用终【zhōng】端的【de】产品之一。我们今天要给大家讲的是中间【jiān】重【chóng】要【yào】的材【cái】料,就是晶体硅。这种晶体硅它【tā】主要有两【liǎng】种【zhǒng】形式,一种【zhǒng】我们【men】称为单晶,我【wǒ】们利用籽晶的方法进行【háng】生长【zhǎng】的。在2017年也就去年,大概占【zhàn】了【le】全球【qiú】的【de】30%,另外一种【zhǒng】是【shì】铸【zhù】造晶体硅,这也是我【wǒ】们江苏协鑫【xīn】做的【de】非常棒【bàng】的一个技术。在去年【nián】大概占了市【shì】场整个67%,可以看【kàn】到这【zhè】两个加起来大概占【zhàn】了整个市场的96.5%,这样我们可以毫【háo】不犹豫的说,硅材料决定了太阳能光伏【fú】的发【fā】展前景,在【zài】过去十年当中中国的硅材料也得到了【le】快速的【de】发展,这张图给【gěi】大家看的【de】是【shì】在2017年,全【quán】世【shì】界硅材料,硅晶体材料的【de】前十【shí】强,你【nǐ】可【kě】以看【kàn】到全【quán】部【bù】是中国的,这个十强生产的太阳能总共达【dá】到了65.4个GW产量,占了全球产量的62%。所以【yǐ】大家可以看到中国的硅【guī】材料对于全世界的硅材料太【tài】阳能光伏【fú】产业起着决定性作用。在【zài】一些【xiē】企业当中,第二行可【kě】以【yǐ】看到我们【men】包括了两【liǎng】种,一种是铸造【zào】多晶硅,一种是直拉硅晶体,而这【zhè】两【liǎng】种有什么区别呢?

左边是【shì】直拉的硅晶体【tǐ】,右边是铸造的多【duō】晶体这两种的生长方法不一样,通常而【ér】言对于直拉这种技术而言质量好,太阳【yáng】能电池效率高。因【yīn】此高效【xiào】的太阳【yáng】能电池基本上【shàng】用这种技术制【zhì】备的,但是它相对成本要高,能耗要高一些【xiē】。另外一个方法【fǎ】是铸【zhù】造多晶【jīng】硅,它的成本【běn】低,但是它的能耗也低,但是相对质【zhì】量比【bǐ】较差【chà】一【yī】点,它【tā】的效率【lǜ】也低【dī】一点,因此这两种材料【liào】在过去【qù】的十年当中既【jì】是我们【men】太阳能【néng】的主体材料,同样它【tā】也在市场上展【zhǎn】开【kāi】了一个【gè】激烈的竞争。

很【hěn】多人在问【wèn】,究竟是多晶好,还【hái】是单晶好?做单晶【jīng】的【de】时候单晶好,做多【duō】晶【jīng】的说多晶好。所以在这两年【nián】的市【shì】场上竞争非常激烈【liè】,我们给大家【jiā】看一看它究竟【jìng】哪【nǎ】个【gè】好。两个各【gè】有优点,从历史上【shàng】去看,这个是从2000年开始到2017年,这两种材料在【zài】市场一个份额红色是单晶的,蓝色【sè】是铸造多晶【jīng】,你【nǐ】可以看到其实一开始做成太阳能电池的时【shí】候【hòu】就是单晶的没有多【duō】晶【jīng】的。到【dào】了上世纪【jì】80年代,90年代【dài】的【de】时【shí】候铸造【zào】多晶【jīng】技术开始出现【xiàn】,出【chū】现以后【hòu】你看它的份额逐渐增加【jiā】,一【yī】直到【dào】2004年的时候,2003年的时【shí】候达到了最高【gāo】点。占了全球市【shì】场的55%,然后又【yòu】逐渐下降,到了2007年的时【shí】候又下【xià】降了40%左右【yòu】,那时候单晶硅又涨到40%左右了,那个主要原因【yīn】是由于中国大【dà】力发展的单【dān】晶硅。

在随后的几年当中你也可【kě】以看到,铸造多【duō】晶硅的份额又继续增加。市场份额在不断的增加,而铸造多晶硅的份额也【yě】在不断【duàn】增加【jiā】,而【ér】这个增加也是由于中国的铸造多【duō】晶【jīng】硅企业开始投【tóu】资了,开【kāi】始快速增【zēng】长了【le】。到了2015年以后你可以看到单晶【jīng】硅的【de】份额又在【zài】增加,所以它是【shì】一【yī】个政策市场技【jì】术和经济共同作用的一【yī】个【gè】结果,从技术上看,这是【shì】今后的趋势,因为高效太阳【yáng】能【néng】电池占的比【bǐ】例【lì】将会越来【lái】越多。而效率越高对【duì】硅材料【liào】质量的【de】要求将会越高。所以我们刊印【yìn】看到,底下深蓝色的和蓝【lán】色的这个是多晶硅,那么【me】黄色【sè】和【hé】浅【qiǎn】蓝【lán】色是单【dān】晶硅【guī】,你可以看到【dào】随着【zhe】今后的发展单晶硅的份额将会增加的更多【duō】,而【ér】多【duō】晶【jīng】硅的份【fèn】额会【huì】一定【dìng】量的减少。但是在市【shì】场【chǎng】上两个产品【pǐn】将会在一定程度里面共【gòng】存,谁也不会简单消灭谁。

所【suǒ】以这是【shì】我们目【mù】前一个状况,对于太阳【yáng】能电【diàn】池来讲【jiǎng】大家都知【zhī】道【dào】的,高【gāo】效率低成本【běn】,是一个长【zhǎng】期【qī】追求的一个【gè】目标。所以对这【zhè】两种材料来讲也是围【wéi】绕着这两种目【mù】标进行的,相【xiàng】对【duì】来说多晶硅是低成本,因此它【tā】的技术研究上面希望是高效率,所以在【zài】控制津贴减少错等【děng】提高质量上面现【xiàn】在是我们技术发【fā】展的路径。

而对单晶【jīng】硅而言它的质【zhì】量比较高【gāo】,因此它关注【zhù】的问【wèn】题是【shì】怎【zěn】么样改善技【jì】术,降低【dī】成【chéng】本。比如【rú】说金刚线切【qiē】割【gē】,增加【jiā】强【qiáng】度【dù】重复加料【liào】,连续【xù】加料等【děng】等【děng】,这些是它技术发展的方【fāng】向。当然今【jīn】天我要给大家介【jiè】绍是第三路【lù】,我们有没【méi】有更好的路来【lái】做这个事情。这是我们最近正在努力工【gōng】作一个我们称为铸造单晶,也称为类单晶或【huò】者称为【wéi】准单晶。它的方法是什么呢?它利用籽晶通过铸造的方法【fǎ】生长【zhǎng】出单晶硅【guī】,也就是说我们【men】把直拉硅晶体和铸【zhù】造多【duō】晶硅两种技术的优点给结合起来这样我们既有低成本,低【dī】能耗也【yě】有高【gāo】质量【liàng】高效率的优点。所以【yǐ】这样一【yī】个技【jì】术在过去【qù】十年当中以及最近得到了非常大的关注。

实【shí】际【jì】上【shàng】这个技术最早是国外发表【biǎo】的,这是在1977年的时【shí】候【hòu】,就在一个杂志上面发表了【le】这样一个技术【shù】。但【dàn】是那个技术是【shì】是【shì】实验【yàn】室的【de】小直径,大【dà】概是这么【me】一点大的晶体。所以发表【biǎo】完了以后没有【yǒu】人在意这样一个【gè】技术,一直到2006年BPCO他们把【bǎ】它做成了M2,引起了【le】大家【jiā】的关注。他要把它的【de】效率做到18%,到了2009年【nián】的时候【hòu】我们实验【yàn】室做【zuò】了相当多的一些工作,这样【yàng】做了以后引【yǐn】起我们国【guó】内【nèi】同行的关注。那【nà】么我们看看【kàn】它究竟有什么好处,是【shì】不【bú】是真的能达到低成本,高效率。

我们来看这张图,这个是来【lái】鉴定材料质量【liàng】好与【yǔ】坏的一个重要的指标。蓝色是表【biǎo】示【shì】好,红【hóng】色表示差,你可【kě】以看到普【pǔ】通【tōng】铸造多晶硅上面一个【gè】晶片156乘156,上面【miàn】有相当多红色和绿【lǜ】色就代【dài】表它的【de】性能比较差。而【ér】右边这个铸造的单晶【jīng】,你有铸造【zào】的方法做出【chū】来单晶【jīng】,它平均是比【bǐ】较均【jun1】衡的【de】,而且色彩是【shì】偏蓝的,效率是【shì】高,寿【shòu】命是高的。

左【zuǒ】边这张图【tú】可以看到【dào】,铸造的多晶【jīng】硅生命【mìng】要比普【pǔ】通【tōng】多晶硅【guī】要高【gāo】,而【ér】且它的分【fèn】布又比较窄【zhǎi】,认为它的性能是比较【jiào】好的。我们【men】把【bǎ】它做成太【tài】阳能电池你可以直接跟普通的,第一个是单晶,第二个红色是铸【zhù】造多晶,最【zuì】底下一个是普通的多晶。你可以看到在同【tóng】样的情况下它可以【yǐ】比普通的多晶【jīng】增加一个百【bǎi】分点,而比铸的单晶【jīng】硅仅仅少0.5个百分点。因此它可以明显的提高【gāo】太阳能电池的效率,第三个优点是光衰【shuāi】减【jiǎn】比较【jiào】小。大家都知道【dào】直拉【lā】硅晶体【tǐ】单晶【jīng】硅它因为有复合体的存在【zài】,所以你【nǐ】一旦放在太阳【yáng】底下去【qù】实际应用光会产生衰减,大概【gài】9-21%,差【chà】可以到【dào】10%。

这张图可【kě】以看【kàn】到,最左边是【shì】普通【tōng】的单【dān】晶,它的效率降低【dī】可以降低3%左右,而利用铸造【zào】多晶硅它由【yóu】于氧含量,铸单晶硅由于氧含量【liàng】比【bǐ】较低,因此【cǐ】它的硼氧复合体的量是明【míng】显的【de】,你可以看到假如说用【yòng】铸造单晶我们【men】称【chēng】为QSC这个【gè】材料,它的光衰减仅【jǐn】仅有单晶【jīng】硅的20%-30%。也就是说大幅度【dù】的减小的单晶硅的光衰【shuāi】减,左边可以看到,随着光照时间【jiān】的延长【zhǎng】,对【duì】于普通单晶硅【guī】而言,它的缺陷力度硼氧复合体是成指【zhǐ】数增加的,但【dàn】是红色那个【gè】是【shì】铸造【zào】单晶几【jǐ】乎是不【bú】增【zēng】加的【de】。因此由【yóu】于硼氧复【fù】合体【tǐ】的降低【dī】,导致了光衰减的降低【dī】,这就是铸造单【dān】晶三【sān】大优势。

正是由于这样一个优势在2010年前后,铸造【zào】单晶实际上已经被企【qǐ】业【yè】所采用,也大【dà】量的生产【chǎn】了。那年【nián】大概【gài】市场的份额占到了【le】15%-20%左右,但是到了2013年以【yǐ】后工艺界【jiè】放【fàng】弃了【le】,工艺界【jiè】放弃主要的原【yuán】因是在于高效多晶硅的出现,同时由于【yú】类单【dān】晶【jīng】或者说铸造单晶存在【zài】着【zhe】这样一【yī】些【xiē】问题,第一【yī】个籽晶成本【běn】。第二个单晶【jīng】率【lǜ】,第三【sān】个高位错密度,第四个采用【yòng】利用率【lǜ】。等下【xià】我会简要【yào】介绍一下这些因素对目【mù】前【qián】我们依然【rán】存在,在2018年,2017年国内主要的【de】厂家都在【zài】开发这样的技术,都在努力【lì】克服这四个【gè】主要的困【kùn】难。第一【yī】个籽晶,左边那张图是一个示意图,我们要铸造的方法【fǎ】要单【dān】晶,在底部要铺一层【céng】籽晶,这个籽晶是用但晶切割下来,切割下来切成156乘156,然【rán】后铺在【zài】干【gàn】锅【guō】的底部,而这【zhè】样【yàng】一个【gè】干【gàn】锅这样一个晶体是【shì】需要成本的,它【tā】的【de】厚度【dù】是在2个毫米左右,加工需要精养,控制比较【jiào】复杂【zá】。这个增加了一个成本,所以目【mù】前现在大家正在研究的【de】如何降低这个厚【hòu】度,能【néng】不能籽晶厚度从两【liǎng】个【gè】毫米降低到一个【gè】毫【háo】米,这【zhè】个籽晶能【néng】不能重复应用,这个硅单经我们【men】能不能用边皮料,或者说我们希望用【yòng】无籽晶的技术来【lái】成【chéng】长类单晶【jīng】。

这是目前国际【jì】上,国内正在走的技术途【tú】径。第二个问题是单晶率,右边这张图【tú】可以【yǐ】看到【dào】,晶体【tǐ】生长完以后这个单晶不是【shì】全部的单晶,在边【biān】角上还有多晶的【de】存在【zài】,中间这张【zhāng】图是一个【gè】示意图,一般我们称为【wéi】G5,是晶锭。就是说5乘5个晶钉【dìng】所有蓝色地方是指单晶,而在【zài】边【biān】缘和边角上依然有【yǒu】多晶【jīng】的存在。我【wǒ】们【men】给大家举三个例【lì】子【zǐ】样品,一个是最角【jiǎo】上的A1,一个边缘【yuán】的C1,一个中间的C3,这张【zhāng】图可以【yǐ】看到A1这个样品【pǐn】两边角上有多晶,有花样,C1只有一边【biān】,中【zhōng】间C3已【yǐ】经完全【quán】是单晶了【le】。

尽管这【zhè】样边缘的多【duō】晶会造成一【yī】定的问题,这个问题会造成什么呢?工艺的不一致,用单晶工艺【yì】好呢?还是多晶工艺好呢?又有【yǒu】单晶又有【yǒu】多【duō】晶,还【hái】造成【chéng】划片,这张图是一个【gè】太阳【yáng】能【néng】电池,你可以【yǐ】看到太【tài】阳能电池【chí】当中边【biān】角就是划【huá】片,你【nǐ】把它放【fàng】在屋顶上,它【tā】颜值【zhí】不是那么【me】好看,第二个相对【duì】效【xiào】率会比较低。

今后大家【jiā】正在努力的方向【xiàng】是什么呢?希望用这种方法能够【gòu】做出100%的单晶【jīng】,哪【nǎ】怕【pà】做成90%也可以降低成本,目前研【yán】究已经【jīng】证【zhèng】明,我们在时间上大概可以做到9-21%。仅仅是【shì】四【sì】个【gè】角【jiǎo】上有一点点,还【hái】有多晶存在,但是重复性控制还【hái】不【bú】是太好。因【yīn】此,单【dān】晶硅的控制依然【rán】是【shì】我们一【yī】个挑战。

国际【jì】上现【xiàn】在提出了两种方法,一种方法是用一【yī】个籽晶,一个【gè】籽【zǐ】晶从中间【jiān】开始,然【rán】后慢慢【màn】放大,这样的一个籽晶【jīng】造成【chéng】了单晶能够做到【dào】100%,这是理【lǐ】论发表的,但实际上没有做成功。

第二种【zhǒng】技术我们【men】称为功能【néng】精件的方法,左【zuǒ】边这个【gè】图是用籽晶,籽晶长了一【yī】半【bàn】的时候,从边缘就有其他的【de】多晶体进来了【le】。我们现在这个方法在边【biān】缘【yuán】放一【yī】个特殊【shū】的晶件,这个往上走了以【yǐ】后,会控制边【biān】缘的晶体长进来【lái】,从而使得里面【miàn】成为【wéi】单晶,外面一点点是【shì】多晶,这【zhè】个多晶又可以【yǐ】切掉的。

这个技术最早【zǎo】是日本人提出来【lái】的,最近我们和【hé】企【qǐ】业进【jìn】行合作,已【yǐ】经把它做到产业化应【yīng】用了,你可以看到这个是实际的籽晶【jīng】,边缘铺了一【yī】层特【tè】殊的东西,左【zuǒ】边是【shì】单晶,右边是多晶。通过这样的技【jì】术以后【hòu】,我们可以把【bǎ】多晶限【xiàn】制在边缘【yuán】,从而使得【dé】里面得到大面【miàn】积的单晶的【de】工作。

第【dì】三个现在【zài】存在的【de】问题【tí】就是材料的利用率【lǜ】,刚【gāng】才给大家讲过,就是从纵向延开的【de】照片【piàn】,四周特别是上边跟下【xià】边有红色的地方,红【hóng】色的地方就意味着材料质量不【bú】好,在实际生长当中这一块要给【gěi】切【qiē】掉的【de】。我们【men】的多晶【jīng】硅底部红边区可【kě】以【yǐ】达【dá】到5个厘米,这个切掉【diào】比较多,实际【jì】得到中间灰【huī】色的区域,我们就【jiù】称为有效的单晶率,只有60%不到一点点。

因【yīn】此,如【rú】果提高这一部【bù】分的比例达到70%,也是我们现在材料研究的【de】一【yī】个重点,关【guān】键的是【shì】底部红色的那【nà】来的?我们做【zuò】了一些研【yán】究,这【zhè】个边上是籽晶的,跟铁扎制【zhì】的含量【liàng】是分布【bù】一致的。

左边这张图是模拟【nǐ】的结【jié】果,右边【biān】这张图【tú】是实验的结果,我【wǒ】们的工【gōng】作跟实【shí】际对比【bǐ】,这部【bù】分主要【yào】是金属扎制所造成的,因此【cǐ】控制金属扎制铁对减少红边区,提【tí】高材【cái】料的利【lì】用率是一个重要的发展方【fāng】向。

最后一【yī】个很重要的问题,这个【gè】位错有两【liǎng】种,一【yī】种是分【fèn】散的【de】位错,一种【zhǒng】是【shì】位错团,这【zhè】样的缺陷会造成少籽【zǐ】生命【mìng】低,电磁的效率降【jiàng】低。我们首先看分【fèn】散的位错【cuò】,这个位错左边是多晶,右边【biān】只有位错,一个【gè】黑【hēi】点,代表【biǎo】了一个位错,表示了晶体的缺陷。

这样从【cóng】底部到头部密度是逐渐增加的,底【dǐ】部只有10的14次【cì】方,头部达到了10的【de】5次方,这【zhè】样会有什么样结【jié】果呢?我【wǒ】们随着位错密度的【de】增加,少籽【zǐ】逐渐降低,同时所有的【de】条件不变,做了太阳能【néng】电池效【xiào】率就降低了0.5%,所以说单【dān】个位错对效【xiào】率的【de】影响非常【cháng】明显。

还有一个【gè】问题【tí】,从【cóng】底【dǐ】部到头部做了太阳能电池分【fèn】散性比较差,这【zhè】也是铸【zhù】造单晶,目前遇到的一个困【kùn】难,这个是【shì】物理的原因【yīn】,为【wéi】什么产生这样的【de】位错,我就不给大家细讲了【le】。

第二个晶【jīng】界,你可以看到从铸造图【tú】的【de】时候,从籽【zǐ】晶【jīng】出发【fā】朝上面跑【pǎo】的【de】是三角形的区域,这个区域会导致【zhì】效【xiào】率比较低【dī】,你可以看到是黄色【sè】的【de】,这样腐蚀以后,有【yǒu】大量的缺陷,我们称为位错的出现,这是因【yīn】为什么呢?在两个籽晶夹缝之【zhī】间产生了位错,这个【gè】位错会沿着【zhe】特定的面进行【háng】生长,长成了【le】三【sān】角形的区域。

这个【gè】是比较讨厌的【de】,一旦做到太【tài】阳能电池以后,整个【gè】硅片到【dào】后面全【quán】部变黑了,效率就非常低了,太阳能电池【chí】效率就【jiù】比较差。这个是【shì】另外的图,我们把它横【héng】向了以后,在边缘区里有大【dà】量【liàng】的位错团的出现【xiàn】,我就不【bú】给大家细讲物【wù】理原【yuán】理了。即使【shǐ】做了太阳能电池,边缘的【de】这些【xiē】位错也【yě】不能消除,太【tài】阳能电池效【xiào】率依【yī】然【rán】是比较低【dī】的。

你可以看作一个【gè】简单的比较,第一个是铸造单晶,是位错比较小的,他和最底下的【de】单晶【jīng】相比的话,可以增加【jiā】1%的效率。但【dàn】是如果【guǒ】位错【cuò】团比较多,中间那个,效率甚至比【bǐ】普通的铸造【zào】多晶【jīng】还要低。因此【cǐ】就说【shuō】明什【shí】么了?如【rú】果【guǒ】不控制好位【wèi】错【cuò】质【zhì】量,质量反而比普【pǔ】通的铸造多晶【jīng】低,所【suǒ】以位错的控制对他非常重要。

我【wǒ】们提出【chū】一【yī】个新的【de】技术【shù】是什么【me】控制的【de】呢?这是一个界面【miàn】图铸造单晶,什么都不【bú】做中间有一个【gè】三角【jiǎo】形的缺陷,从【cóng】底【dǐ】部到上面快速生长的过程,也是一个三角形的,从【cóng】底到上面的增加。

我们提出一个方法,我们故意在中间增加了一个【gè】晶界,会把缺【quē】陷给吸收了,就是以毒攻毒【dú】,故意加了一个【gè】缺【quē】陷,吸【xī】收了【le】缺陷【xiàn】。这【zhè】是我们看的,你可以【yǐ】看到中间我们故意加了一个【gè】晶界,底【dǐ】下【xià】的你看到有一个晶界很直【zhí】的,但【dàn】是位错没有【yǒu】了。

你再看最后的少籽生【shēng】命图【tú】,三角形【xíng】的低【dī】少籽区已经消除【chú】了,这个可以【yǐ】通过【guò】引入晶界控制这样缺陷团的产生【shēng】,导致少寿命大【dà】幅度的提高【gāo】。这是两个对比情况,上面是普通的,底下是故意引【yǐn】入晶界【jiè】的【de】一种情况【kuàng】。

你可以看到晶界有整【zhěng】个性能【néng】得到了改善,我就不讲了,这个【gè】是效率的情况。你可以看到这两个比【bǐ】较没有【yǒu】晶界,普【pǔ】通的【de】只有【yǒu】16.5、17.5,加【jiā】入引用晶【jīng】界增加【jiā】18.1,甚至【zhì】东西都没变【biàn】,可以引入制造【zào】单晶效【xiào】率0.6%。

最【zuì】后给【gěi】大家做一【yī】个简要的总结,到【dào】目【mù】前铸造单晶是太阳能硅材料【liào】发展重要方向,但是【shì】面临位【wèi】错密【mì】度、单晶率、材料【liào】利用【yòng】率和籽晶成本的【de】问题挑战,其中位【wèi】错是关键的因素,而【ér】我【wǒ】们提出的【de】机械【xiè】工程,可以有效【xiào】的降【jiàng】低【dī】位错,能力晶界。我们希【xī】望这样的技术在今后9-21年在工业界重新开始大【dà】规模的应用。

在结【jié】束之前,我要谢谢博士生和合作者,他【tā】们给了【le】很多的帮助,对上面的【de】一些工作。也要谢【xiè】谢【xiè】国家自【zì】然【rán】科学基金委,他们给【gěi】了很多钱,我们才【cái】能做研究。最后,谢谢各位【wèi】的【de】聆听。

注【zhù】:本文整理自中国科学院院士、硅材料国家重【chóng】点【diǎn】实验室主任、半导体研究所所长杨德仁【rén】在【zài】第十届中国【guó】(无【wú】锡)国际新能源大会暨【jì】展览会上【shàng】所作主题演讲,未【wèi】经其本人审【shěn】阅【yuè】。