日本确立高效生产单晶硅的新方法

2016-08-230阅读0

  日本科学技术振兴机构(JST)2016年8月9日宣布,开发出了使用生产效率高的铸造生长炉来制造单晶硅的新方法,并且,使用基于该方法制造的单晶硅锭的太阳能电池的转换效率达到了19.14%。通过采用使用铸造生长炉制造的单晶硅,实现了与利用直拉单晶制造法(CZ法)制造的单晶太阳能电池为同等水平的高效率和高成品率。

  

NOC生长法的原理(图片摘自JST的新闻发布资料,下同)

  太阳能电池用硅晶圆方面,使用铸造生长炉制造的多晶硅与使用CZ生长炉制造的单晶硅相比,生产效率高且价格便宜,因此太阳能电池市场有60%被多晶硅占据。但多晶硅存在两方面的问题,一是形成优良的多晶结构时,结晶品质会变差,因此转换效率比单晶硅低1~1.5%;二是存在残留变形,因此结晶品质的不均匀性较大,成品率低。

  

NOC生长法的定位

  此次开发的非接触坩埚法(NOC法)使用用于制造多晶硅锭的铸造生长炉,并在熔液内独创性地设置了低温区域,可在不接触坩埚壁的情况下使单晶生长(用来形成低温区域的独创经验并未公开)。作为生长炉内容物的石墨夹具全部在真空中长时间高温空烧,去除了杂质。另外还通过极力减慢单晶在生长中的上升速度和旋转速度,降低了晶体位错及氧浓度,减少了结晶缺陷。

  

使用NOC法制造的单晶硅锭,下方有凸出的生长界面

  此次利用由上述方法获得的p型单晶硅锭,从全部区域均等切割出晶圆,使用该晶圆试制了Al-BSF(铝背场)构造的太阳能电池,结果以极高的成品率实现了最大转换效率达到19.14%、平均转换效率达到19.0%的高效率太阳能电池。另外还成功试制出了直径比达到坩埚直径90%的单晶硅锭。今后,如果能使用更大的坩埚制造大容量单晶硅锭,这项技术便有望成为太阳能电池市场的主流。

  

使用NOC法通过大型坩埚实现大口径大容量单晶硅锭生长的示例(目标结晶中的一例)

  相关成果将在2016年8月12日于名古屋举行的“ICCGE-18(18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy)”上发表。(特约撰稿人:工藤 宗介)

  (全文完)