太阳电池原料要求的高纯度及杂质浓度

太阳电池用多晶硅原料纯度要求在6个“9”以上，对Ta、Mo、Nb、Zr、W、Ti及V的杂质浓度要求较严。这些杂质具有复合中心的作用，复合中心杂质浓度的增加，会降低电池的光电转换效率，因此要严格控制。还有一些杂质浓度，即使超过10¹⁵/cm³仍不影响光电转换效率。虽然太阳能电池的用硅质量要求，低于晶体管和集成电路用硅的质量要求，但制造工艺能完美达到的这一要求的还只有还原法（西门子法），其他硅烷法、铸锭法制备的多晶硅原料，都不能保证其Ta、Mo、Nb、Zr、W、Ti及V的杂质浓度要求，采用硅烷法、铸锭法制备的多晶硅作原料，只能以牺牲太阳电池的光电转换效率为代价。

1.硅原料的分类和处理 硅原料有还原法生产的多晶硅、直拉单晶头尾料、回收料、埚底料。

（1）还原法生产的多晶硅。它是直拉单晶硅的原料主体，原料质量好。

1）纯度。可达9个“9”，磷含量<1.5×10¹³at/cm³，相应于n型电阻率≥300Ω·cm；硼含量<4.5×10¹²个at/cm³，相应于P型电阻率≥3000Ω·cm；近20种金属杂质总量≤1×10^-8；碳含量一般在10¹⁵～10¹⁶at/cm³；氧含量10¹⁶～10¹⁷at/cm³。

2）外形。最大直径可达150mm，长为2.5m以上。大型多晶炉每炉可产4500kg以上，n型电阻率可达1000Ω·cm，表面金属光泽好，呈银灰色，断面结晶致密，颜色一致，没有圆圈状的杂色纹。国内多晶硅质量要求见表5-10。使用前要破碎成短节和块状，以便装入石英坩埚内。

如图6-11示出还原多晶硅。图6-12示出破碎后的多晶硅块。

图6-11 还原多晶硅

图6-12 破碎后的多晶硅块(www.xing528.com)

粒状多晶硅通常为2～12mm的颗粒，颜色灰暗，纯度只有6个“9”。

（2）直拉单晶头尾料。头尾料掺杂重，要单独存放。一旦混入轻掺杂原料中，会造成导电型号混乱，掺杂不准，单晶报废的恶果。

（3）回收料。回收料是指出炉单晶硅，经检测后不能作为产品的剩余部分，放肩、转肩部位；直径、电阻率、寿命、缺陷等不合格的部分，以及测试片等；将圆锭切割成方锭的边角料。因为直拉单晶硅是经过掺杂进行生产的，型号、电阻率较复杂，要严格分开，不能混淆。图6-13示出回收料。

（4）埚底料。使用前要用尖锥锤子仔细剔去石英片，放入腐蚀多晶硅的废液中浸泡数天，将混入埚底料中的石英渣全部溶掉，再进入腐蚀工序。

其他还有碳头料、集成电路废硅片，都要经过分选、喷砂、腐蚀、清洗等处理才能作为太阳电池原料。

2.硅原料的破碎 破碎的长短、大小要根据坩埚的高度、直径来区分。太大的料在装料时易滑落，砸坏坩埚，破碎的大小一般以不超过1kg为宜；太小的料块间隙多，不易装足量。同一炉料应大、中、小搭配。棒料在破碎前应检查表面质量，发现粘胶、纸屑、笔迹、油污、杂物等应事先去除。大直径的还原多晶硅料可采取切断的方式，切成一定长度的圆柱状，不超过坩埚高度3cm为宜，可以端正地放进坩埚，周围用小料块填空。破碎料块时，应注意将拐角、空洞、缝隙处砸开，以便清洗时不会藏污。

图6-13 回收料