9-21至3日,“第十【shí】届中国(无锡)国际新能源大会暨展览【lǎn】会(CREC2018)”在无【wú】锡召【zhào】开。本次【cì】大会【huì】由国家【jiā】能源【yuán】局、中国能源研究会指导,中国贸促会、江苏【sū】省人民政府主办【bàn】,无锡市人民【mín】政府等【děng】承办。中【zhōng】国科学院【yuàn】院士、硅材【cái】料国家重点实验室【shì】主任【rèn】、半导体研究所所【suǒ】长杨德仁在同期举行的【de】2018年全【quán】球新能【néng】源产业峰会上作了“铸【zhù】造单晶的现状和【hé】发展”的主题演讲。

 


 

杨德仁在演讲【jiǎng】中指【zhǐ】出,随着今后的【de】发展单晶【jīng】硅的份额将会【huì】增加【jiā】的更多【duō】,而多晶硅的份额【é】会一定【dìng】量的减【jiǎn】少。但是【shì】在市场上两【liǎng】个产【chǎn】品将会在一定程度里面共存,谁【shuí】也不【bú】会简单消灭谁。

以下为杨德仁演讲文字实录:

杨【yáng】德仁:各位领导、各位【wèi】专家【jiā】、各位同仁上午好。首【shǒu】先感谢组委【wěi】会邀请我来【lái】跟大家分享一下,关于最近硅材料【liào】一个重【chóng】要的进展,铸【zhù】造多晶硅【guī】相关的研【yán】究进展。

在刚才会议【yì】上面我们很多领导和【hé】专家【jiā】对太阳能的【de】发展做【zuò】了一【yī】个比较好的介绍,从这张图上面也【yě】可以看到,太阳能是【shì】新能源一个重【chóng】要的发展趋【qū】势,这张图【tú】显示了欧【ōu】盟做的一个【gè】预计,大概【gài】在2050年我【wǒ】们的太阳能发电在【zài】欧盟【méng】希望达【dá】到【dào】30%,而到2100年希【xī】望达到70%,因此太阳能光伏发电是今后新能源里面最重【chóng】要的【de】一个能源形势。而这【zhè】个能【néng】源形【xíng】势在我们国家,以【yǐ】及在过去十年当中也得到了【le】充分的显示,这是过去十年当【dāng】中我【wǒ】们可以看【kàn】到的,太阳能【néng】光伏安装量的一【yī】个【gè】增加。

十年【nián】的期间增长【zhǎng】了【le】几乎是10倍,我【wǒ】们从2006年当年1.5个GW到去年【nián】接【jiē】近100个GW,大概增长了整个的【de】65倍,而我们中国的【de】发展也是【shì】非常迅速【sù】的【de】。到了去年我们中国的硅晶体,太阳能电池组件的市场份额在国际上都达到了60%-80%。

在快速发【fā】展【zhǎn】当中太阳能电池作为一个基础,组件的基础【chǔ】,电站的基础无疑是最吸引人和【hé】吸引目光【guāng】的。在这些太【tài】阳能电池材料【liào】当中你可以看到【dào】,我们【men】大致【zhì】可【kě】以为【wéi】几类,一【yī】种是晶体硅,一种是非晶硅,一种是化合物【wù】半【bàn】导体包括砷化镓,以及今【jīn】后将要发【fā】展的【de】新概【gài】念太阳【yáng】能电池。

但在这当中现在的发展你可以看到,最【zuì】主流的【de】最重要的是晶体硅,它在市场的【de】份额【é】超过了90%以上,而非【fēi】晶【jīng】硅当年达到【dào】10%,而去年仅仅占了全球的0.2%。我们在【zài】看这硅晶体的产业链相对来说我【wǒ】们这【zhè】很多【duō】的专家【jiā】比较熟,它【tā】是【shì】从硅石到金属【shǔ】硅,然后【hòu】再到【dào】纯多【duō】晶硅,我们通过【guò】多种的方法【fǎ】给提纯。也就是达到7个9,到9个9。在这种【zhǒng】情况下,我们把这样【yàng】一个材料制备成晶【jīng】体硅再做成太阳能电【diàn】池【chí】,再做【zuò】成【chéng】组件【jiàn】。

所【suǒ】以今天【tiān】我们在展览会上看到很多组件企业的展览,这个我们应用终端的【de】产品【pǐn】之一。我们今【jīn】天【tiān】要给大家【jiā】讲的是中间重【chóng】要的材料【liào】,就是晶体硅。这种晶体【tǐ】硅它主要有两种形式,一种我们称为【wéi】单【dān】晶,我们利用籽晶的方法进行生长的。在2017年也就去年【nián】,大概占了全球的【de】30%,另外一【yī】种是铸造晶【jīng】体硅,这也【yě】是【shì】我们江苏协鑫做的【de】非【fēi】常棒的【de】一个技术。在去年大概占【zhàn】了市【shì】场【chǎng】整个67%,可【kě】以看到这两【liǎng】个加起来【lái】大概占了整个【gè】市【shì】场的96.5%,这样我【wǒ】们可以【yǐ】毫不犹豫的说,硅材料【liào】决定了太阳能光伏的【de】发展前景【jǐng】,在过去十年当中中国的硅材【cái】料也得【dé】到了【le】快【kuài】速的【de】发展,这张图给大家看的是在2017年【nián】,全世【shì】界硅材【cái】料【liào】,硅晶体材【cái】料的【de】前十强,你可【kě】以看到全【quán】部是中国的【de】,这个十【shí】强生产的太阳能总共达到了65.4个【gè】GW产量【liàng】,占了全【quán】球产量的62%。所以【yǐ】大【dà】家【jiā】可以看到中国的硅材料对于全世界的硅材料【liào】太阳能光伏产【chǎn】业起着决定性【xìng】作用。在一些企业当【dāng】中,第【dì】二行可以看到【dào】我们包括了两种,一种是铸造【zào】多晶硅【guī】,一【yī】种是直拉【lā】硅晶【jīng】体,而这两【liǎng】种有什么区【qū】别呢?

左边是直拉的硅晶体【tǐ】,右【yòu】边是铸造【zào】的多晶体【tǐ】这两种的生【shēng】长方法不一样【yàng】,通常而言对于直拉这种技术而言质量好,太阳能电池【chí】效率高。因【yīn】此高效【xiào】的太阳【yáng】能电池基【jī】本上【shàng】用这种技术【shù】制【zhì】备的,但是它相对【duì】成本要高,能【néng】耗要高一些。另【lìng】外【wài】一个方法是铸【zhù】造多晶硅,它的成本【běn】低,但是它的能耗【hào】也低,但【dàn】是相对【duì】质量比较【jiào】差一点,它的效【xiào】率也低一点【diǎn】,因此【cǐ】这两种材料在过去【qù】的十年当中既是我们【men】太【tài】阳能的主体材【cái】料,同样它【tā】也在【zài】市场上展开了一个激烈的竞争。

很多人在问,究竟是【shì】多晶好,还是单晶好?做单【dān】晶的时候单晶好,做多晶【jīng】的【de】说多晶好。所以在这两年的市场【chǎng】上竞争非常激烈,我【wǒ】们【men】给大家看一看它究竟哪个好。两个各有优点,从历史上去看,这个是从【cóng】2000年开【kāi】始到2017年,这两种材料在市【shì】场一个份额【é】红色【sè】是【shì】单晶【jīng】的,蓝色是铸【zhù】造多晶,你可【kě】以看到其【qí】实【shí】一开始做【zuò】成太【tài】阳能电【diàn】池的时候【hòu】就是单晶的没有多晶的【de】。到了上世纪80年代,90年代的时候【hòu】铸造多晶技术开始【shǐ】出【chū】现,出现以后你看它【tā】的份额逐渐增【zēng】加【jiā】,一直到2004年的时候,2003年的时候【hòu】达【dá】到了最【zuì】高点。占了【le】全球市场的55%,然【rán】后又逐渐【jiàn】下降,到了2007年的时候又下降【jiàng】了40%左右,那时候单【dān】晶硅又涨到【dào】40%左【zuǒ】右了,那个【gè】主要原因是由于【yú】中国大力发展的【de】单晶硅。

在随后的几年当中你【nǐ】也可【kě】以【yǐ】看到,铸造多晶硅的份额又【yòu】继续增【zēng】加。市场份额在【zài】不断的增加,而铸造多晶硅的份额也在不断增加,而这个增加也是【shì】由于中国的铸造多晶【jīng】硅企业【yè】开始投资了,开始快速增长【zhǎng】了。到了2015年以后【hòu】你可以看【kàn】到单晶【jīng】硅的份额【é】又在增加,所以它是一个政【zhèng】策市场技术和经【jīng】济共同作用的一个结果,从技【jì】术上看,这【zhè】是今后的趋【qū】势,因【yīn】为高效太阳能【néng】电【diàn】池占的比例将会越来【lái】越多。而效【xiào】率越高对硅材料质量的【de】要【yào】求将【jiāng】会越高。所以我们刊印看到,底【dǐ】下深蓝色的【de】和蓝色的这个【gè】是多晶【jīng】硅【guī】,那么黄色和浅蓝色是【shì】单晶硅,你可【kě】以看到随着【zhe】今后的发展【zhǎn】单晶硅【guī】的份额将【jiāng】会增加的更多,而多【duō】晶硅的份额会一【yī】定量的减少。但是在市场【chǎng】上【shàng】两个产品【pǐn】将【jiāng】会在【zài】一【yī】定程度里【lǐ】面【miàn】共存,谁也不会【huì】简【jiǎn】单【dān】消灭【miè】谁。

所以【yǐ】这是我们目前一个状况,对于太阳【yáng】能电池来讲大家都知道的,高效【xiào】率【lǜ】低【dī】成本,是一个【gè】长期追求的一个目标。所以对这两【liǎng】种材料【liào】来讲【jiǎng】也是围绕着这两种【zhǒng】目标进行的【de】,相【xiàng】对来【lái】说多晶硅【guī】是低成【chéng】本【běn】,因此【cǐ】它【tā】的技术研究上面希【xī】望【wàng】是高效率,所以在控制津【jīn】贴减少错等提高质量上面现【xiàn】在是我们【men】技术发展的路径。

而对单晶硅【guī】而言它的质量比较高,因【yīn】此它关【guān】注的问题是怎么样改善技术【shù】,降低成【chéng】本。比如【rú】说【shuō】金刚线切割,增加强度重复加料【liào】,连续加料等等,这些是它技术【shù】发展的方向。当然【rán】今天【tiān】我要给大家介绍【shào】是第三路,我们有没有更好【hǎo】的路【lù】来【lái】做这个事【shì】情。这是我们最【zuì】近【jìn】正在努力【lì】工作【zuò】一个我们称为铸造【zào】单晶,也称为类单晶或者称【chēng】为【wéi】准单【dān】晶。它的方法是什么呢?它利【lì】用【yòng】籽晶通过【guò】铸造的方法生【shēng】长出单晶硅,也就是【shì】说我们【men】把直拉【lā】硅晶体和铸造【zào】多晶硅两【liǎng】种技术的优【yōu】点给结合起来这【zhè】样【yàng】我们既有低成【chéng】本,低【dī】能【néng】耗也有高质量【liàng】高【gāo】效率的优点。所以这样一个技术在过去十年当【dāng】中以【yǐ】及最近得到了非常大【dà】的关注。

实际上这【zhè】个技术最早【zǎo】是国【guó】外发表【biǎo】的,这是【shì】在1977年的时候,就在【zài】一个杂志上面发表了这样一【yī】个【gè】技术。但是那个技【jì】术是【shì】是【shì】实验室的小直径,大概是这么一点大【dà】的晶体【tǐ】。所以发表完了以后没有人在【zài】意这样一个技术,一直【zhí】到【dào】2006年【nián】BPCO他们把它做【zuò】成【chéng】了M2,引起了大家的关注【zhù】。他要把它的效率做到【dào】18%,到【dào】了2009年的时候我们实验室做了相当多的【de】一些工【gōng】作,这样做【zuò】了以后引起我们国【guó】内同【tóng】行的关注。那么我们看看它究【jiū】竟【jìng】有什么好处,是不是真【zhēn】的【de】能达【dá】到低成本,高效率。

我们来【lái】看这张图,这个是来鉴定【dìng】材料【liào】质【zhì】量好与坏的一个重要的【de】指标。蓝【lán】色是表示【shì】好,红色表示差【chà】,你可【kě】以【yǐ】看【kàn】到普【pǔ】通铸造多晶【jīng】硅上面一【yī】个晶片156乘156,上面有相当【dāng】多红色和绿【lǜ】色【sè】就代表它的性能比较【jiào】差。而右边这【zhè】个铸造的单晶,你有铸造的方法做出【chū】来【lái】单晶,它平均是比较均衡的,而【ér】且【qiě】色彩是偏蓝的,效率是高,寿命是高的。

左边这【zhè】张图可以看到,铸造的多【duō】晶硅生命要比普【pǔ】通多晶硅要高,而且它【tā】的分布又【yòu】比较【jiào】窄,认为它的【de】性能【néng】是比较好的。我们【men】把它做【zuò】成太阳能电池你可以直接跟普【pǔ】通的,第一个【gè】是【shì】单晶,第二个【gè】红色是铸造多【duō】晶,最【zuì】底【dǐ】下一个是普【pǔ】通的【de】多【duō】晶【jīng】。你可以看到在同【tóng】样的【de】情况下它可以比普通【tōng】的多晶增加【jiā】一个百分点,而比铸的单晶硅【guī】仅仅【jǐn】少【shǎo】0.5个百分点。因【yīn】此它可以明显的提高太阳【yáng】能电池的效率【lǜ】,第三个优【yōu】点是【shì】光衰【shuāi】减比较小。大家【jiā】都【dōu】知道直拉硅【guī】晶体单晶硅它因为【wéi】有复合体的存在,所以你一旦放在太阳底下去实际应用光会产生【shēng】衰减【jiǎn】,大概9-21%,差可以到10%。

这张【zhāng】图可以看到,最左边【biān】是普【pǔ】通的单晶,它的效率降低可以降低3%左【zuǒ】右【yòu】,而利【lì】用铸造多晶硅它【tā】由于氧含量,铸【zhù】单【dān】晶硅由于【yú】氧【yǎng】含量比较低【dī】,因此它的硼【péng】氧复合【hé】体的量【liàng】是明显【xiǎn】的,你可【kě】以看到假如说用铸造单晶我【wǒ】们称【chēng】为QSC这个【gè】材料,它的光衰减【jiǎn】仅仅有单晶硅的20%-30%。也就是说【shuō】大幅【fú】度的减小的【de】单【dān】晶硅的光衰减,左边可以看到,随着光照时间【jiān】的延长,对于普通单晶【jīng】硅而言,它的缺陷力度硼氧【yǎng】复合体是【shì】成指数增加的,但是红色那【nà】个是铸造单晶几乎是【shì】不增【zēng】加的。因此由于【yú】硼【péng】氧复合体【tǐ】的降低【dī】,导致【zhì】了光衰减的降低【dī】,这就【jiù】是铸造单晶三大优势【shì】。

正是【shì】由于这样一个优【yōu】势在2010年前后,铸造单晶实际上已经被企业所采用,也大量的生产了。那年大概市场的份额占到了【le】15%-20%左右【yòu】,但是到了2013年以后【hòu】工【gōng】艺界放弃了,工艺界放弃主要的原因是在于高效多晶硅【guī】的出【chū】现【xiàn】,同时由于类单晶或者说铸造【zào】单晶存【cún】在着这样【yàng】一些问题【tí】,第一【yī】个籽【zǐ】晶成本。第二个单晶率,第三个高【gāo】位错【cuò】密度,第【dì】四个采用利用【yòng】率【lǜ】。等下【xià】我【wǒ】会简要介绍一【yī】下这【zhè】些因素对目前我们依然存在,在2018年,2017年国【guó】内【nèi】主要的【de】厂家都在开发【fā】这样的技术,都在【zài】努力克服这【zhè】四【sì】个主【zhǔ】要【yào】的困难。第【dì】一个籽晶,左边那张图是一个示意图,我们要铸造的方【fāng】法要单晶,在底部要【yào】铺【pù】一层籽【zǐ】晶【jīng】,这【zhè】个【gè】籽晶【jīng】是用但晶切割下来,切割下来切成156乘156,然后铺在干【gàn】锅的底部【bù】,而这样一个干锅【guō】这样【yàng】一个晶体是需要成本【běn】的【de】,它的厚度是在2个毫米左右【yòu】,加工需要【yào】精养,控制比较复杂。这个【gè】增加了一个成本【běn】,所以目前【qián】现在大家正在研【yán】究的如【rú】何降低这【zhè】个【gè】厚度,能不能籽晶厚【hòu】度从【cóng】两个毫米【mǐ】降低到一个毫米,这个【gè】籽晶能不能【néng】重复应用,这【zhè】个硅单经【jīng】我【wǒ】们能不能用【yòng】边皮料,或者说【shuō】我们【men】希【xī】望用无籽晶的技【jì】术来成【chéng】长类单晶。

这是【shì】目前国际【jì】上,国内正在走【zǒu】的技术【shù】途径。第二个问题是单晶率,右边这张图【tú】可以看到,晶体生长完以后这个单晶不是全部的单【dān】晶,在边【biān】角上还有多晶的存在,中【zhōng】间这张【zhāng】图是一【yī】个示意图【tú】,一般我们称为G5,是晶锭。就【jiù】是说5乘5个晶钉所有【yǒu】蓝色地方是指单【dān】晶,而【ér】在边缘和边角上依【yī】然【rán】有多【duō】晶【jīng】的存在。我们【men】给【gěi】大家举【jǔ】三【sān】个【gè】例子【zǐ】样【yàng】品【pǐn】,一个是最角上的A1,一个边缘的【de】C1,一【yī】个中间的C3,这【zhè】张图【tú】可以看到A1这【zhè】个样品两边角上有多晶,有花样,C1只有一边,中间C3已经完全【quán】是单晶了【le】。

尽管这样【yàng】边缘的多晶会【huì】造成一定的问题,这【zhè】个问题会造【zào】成什【shí】么呢【ne】?工艺的不一致,用单晶工艺好呢?还是多晶【jīng】工艺好呢?又有单晶又有【yǒu】多晶,还【hái】造成划片,这张图【tú】是一个【gè】太阳能电【diàn】池【chí】,你【nǐ】可【kě】以看【kàn】到太阳能电池当中边角就是【shì】划片,你把它放在【zài】屋【wū】顶上,它颜值不是那么好看,第【dì】二【èr】个【gè】相对效率会【huì】比较低。

今后大家正在努【nǔ】力的方向是什么【me】呢?希望用这种方【fāng】法能够【gòu】做出100%的单晶,哪怕做【zuò】成90%也【yě】可以降低成本,目前研究已经证明,我们在【zài】时间上大概可以做到9-21%。仅仅是四个角【jiǎo】上有一点点,还有多【duō】晶存在,但【dàn】是重复性控【kòng】制【zhì】还不【bú】是太好。因此,单晶【jīng】硅【guī】的【de】控【kòng】制【zhì】依【yī】然是我们【men】一个挑战。

国际上【shàng】现在提出了两【liǎng】种方法【fǎ】,一种方【fāng】法是用【yòng】一个【gè】籽晶,一个籽晶从中间开始,然后【hòu】慢慢放【fàng】大,这样的一个籽晶【jīng】造【zào】成了单晶能够做到100%,这是理论发表的,但实【shí】际上没有【yǒu】做成功。

第二【èr】种【zhǒng】技术我们称【chēng】为功能精件的方法,左边这个图是用籽【zǐ】晶,籽【zǐ】晶长了一半的时【shí】候,从边缘【yuán】就有其他的多晶【jīng】体进【jìn】来了【le】。我们现在这个方【fāng】法在边缘放一个特殊的【de】晶【jīng】件,这个往上走了以后,会控制边缘【yuán】的晶体长进来,从【cóng】而使【shǐ】得里【lǐ】面成为单晶,外面【miàn】一【yī】点点是【shì】多晶,这个多晶【jīng】又可以切掉的。

这个技术最早是日【rì】本人提出来的,最近我们【men】和企业进行【háng】合作,已经把它做到产业化应用了【le】,你可以看到【dào】这个是实际的【de】籽晶【jīng】,边缘铺了一【yī】层特殊【shū】的东西,左【zuǒ】边是单晶,右【yòu】边是多晶。通过【guò】这样【yàng】的技术以后【hòu】,我们可【kě】以把多晶【jīng】限【xiàn】制在边缘,从而使得里【lǐ】面得【dé】到大面【miàn】积的单晶的工作。

第三个现在存在的问题【tí】就是材料的利用率【lǜ】,刚【gāng】才给大家讲过【guò】,就是从纵向【xiàng】延【yán】开的照片,四周特别是上边跟下【xià】边有红色的地方,红色的地方就【jiù】意味着材料质【zhì】量不【bú】好,在实际生长当中这一块【kuài】要【yào】给【gěi】切【qiē】掉的。我们的多晶硅底部【bù】红边区【qū】可以【yǐ】达【dá】到5个厘米【mǐ】,这个切掉比较多,实际【jì】得到中间灰【huī】色的区【qū】域,我【wǒ】们就称为有【yǒu】效的单晶率【lǜ】,只有60%不到一点点。

因此,如果提【tí】高这一部分的比例【lì】达到【dào】70%,也是我们现在【zài】材【cái】料研究的【de】一个重【chóng】点,关键的是底部【bù】红色的那来的?我【wǒ】们做了【le】一些研究【jiū】,这个边上是籽晶的,跟铁扎制【zhì】的含量是分布【bù】一【yī】致【zhì】的。

左边这张图是【shì】模拟【nǐ】的结果,右【yòu】边这张图是实【shí】验的结【jié】果【guǒ】,我们的【de】工作跟实际对比,这部分主要是金【jīn】属【shǔ】扎【zhā】制所造成的,因此控制金【jīn】属扎制铁【tiě】对【duì】减少红边区,提高材料的利用率是一个重要的发展【zhǎn】方【fāng】向。

最后一个【gè】很【hěn】重要的问【wèn】题,这个位【wèi】错有两种,一种是【shì】分散的位【wèi】错,一种【zhǒng】是【shì】位错【cuò】团,这样【yàng】的缺陷会造成【chéng】少【shǎo】籽生命低,电磁【cí】的效率降低。我们首先看分散的位错【cuò】,这个位错左边【biān】是多晶,右边只有位错,一个黑点,代表了一个位错,表示了【le】晶体的缺【quē】陷。

这样【yàng】从底部到头部密【mì】度是逐【zhú】渐增【zēng】加的,底部只有10的14次【cì】方,头【tóu】部达到【dào】了10的5次方,这【zhè】样会有什么样结果呢?我们【men】随着【zhe】位错密度的【de】增【zēng】加【jiā】,少籽逐渐降【jiàng】低【dī】,同时所有的条件不变,做了【le】太【tài】阳能电池效【xiào】率【lǜ】就降低了0.5%,所【suǒ】以说单个位错对效率的影响非常明显。

还有一个问题,从【cóng】底【dǐ】部到头部做了太阳能电池分【fèn】散性比较【jiào】差,这也是铸造【zào】单晶,目前遇到的一【yī】个【gè】困难,这个是物理的原因【yīn】,为什【shí】么【me】产生这【zhè】样的位错,我就不给大家【jiā】细讲了【le】。

第二个晶界,你可以看到从铸造图的时【shí】候【hòu】,从籽晶出发朝上面【miàn】跑的是三角【jiǎo】形的区【qū】域,这个区域会导致效率比较【jiào】低,你可以【yǐ】看到是黄色的,这【zhè】样腐蚀以后,有大量的【de】缺【quē】陷【xiàn】,我们称为位【wèi】错【cuò】的【de】出现,这是因为什么呢?在两个籽晶夹缝之【zhī】间产生了位错,这个【gè】位【wèi】错会沿着特定的面进行【háng】生【shēng】长【zhǎng】,长成了三【sān】角形的【de】区域【yù】。

这【zhè】个是比较讨厌【yàn】的,一【yī】旦做【zuò】到太阳【yáng】能电池以【yǐ】后,整【zhěng】个【gè】硅片到后面【miàn】全部变【biàn】黑了,效【xiào】率就非常低了,太阳能电池效率就【jiù】比较【jiào】差。这个是另外的【de】图,我们【men】把它横【héng】向了以后,在边缘区里有大【dà】量的位【wèi】错团的出现,我就不给大家细讲物理原理了。即使【shǐ】做了太阳【yáng】能电池,边缘的这些位错【cuò】也不能消除,太阳能电【diàn】池效率依【yī】然是比较【jiào】低【dī】的。

你可以【yǐ】看作一个简【jiǎn】单的比较,第一个是【shì】铸【zhù】造单晶,是【shì】位错比【bǐ】较小【xiǎo】的,他和最底【dǐ】下的单晶相【xiàng】比的话,可【kě】以增加1%的效率【lǜ】。但是【shì】如果位错【cuò】团比较【jiào】多,中间那个【gè】,效率甚至比普通的【de】铸造多【duō】晶还要低。因此就说明什么【me】了【le】?如果【guǒ】不控制好位错质量,质【zhì】量反而【ér】比普通的铸造多【duō】晶低,所以位错的控制对他非常重要。

我们提出一个新的技【jì】术是什么控制的呢?这【zhè】是一【yī】个界面图铸【zhù】造单晶,什么都不做中间有一个三角【jiǎo】形的缺陷,从底部到上面快速生【shēng】长的【de】过【guò】程,也【yě】是一个三【sān】角形【xíng】的,从底到上【shàng】面的增【zēng】加。

我们提出一【yī】个【gè】方法,我们【men】故意在【zài】中间增加【jiā】了一个晶界,会把缺陷给吸收了,就是以【yǐ】毒攻毒,故【gù】意加了一个缺陷,吸收了缺陷。这是我们【men】看的,你可以看到【dào】中间我们故意加了一【yī】个【gè】晶界【jiè】,底【dǐ】下的你看到有一个【gè】晶界很直【zhí】的,但是位错没【méi】有【yǒu】了。

你再看最后的【de】少籽生命图,三【sān】角【jiǎo】形的低少籽区已经消除了,这【zhè】个【gè】可以通过引【yǐn】入【rù】晶界控制这样缺陷【xiàn】团的产生,导致少寿【shòu】命大幅度的提【tí】高【gāo】。这是两个对比情况【kuàng】,上面【miàn】是普【pǔ】通【tōng】的,底下是故意引入晶界的一种情况。

你可以看【kàn】到晶【jīng】界有整【zhěng】个性能得到【dào】了改善,我就不讲了,这个【gè】是【shì】效率的情【qíng】况【kuàng】。你可以看到这两个比较【jiào】没有晶界,普通的只有【yǒu】16.5、17.5,加入引用晶界增加18.1,甚至【zhì】东西都【dōu】没变,可以引【yǐn】入制造单晶效【xiào】率0.6%。

最后给大家做一个简要的总结,到目前铸【zhù】造单晶是太阳【yáng】能硅材【cái】料发展重要方向,但是面临【lín】位错密度、单晶率、材【cái】料利用率和籽晶成本的问题【tí】挑战,其中【zhōng】位错是关键【jiàn】的因素,而我【wǒ】们提出的机械工【gōng】程【chéng】,可以有【yǒu】效的降【jiàng】低位错,能力晶【jīng】界。我们【men】希望这【zhè】样的技术在今后9-21年在【zài】工业界【jiè】重新开【kāi】始【shǐ】大【dà】规模的应用。

在结束之前【qián】,我要谢谢【xiè】博【bó】士【shì】生和合作者,他【tā】们【men】给了很多的【de】帮助,对上面【miàn】的一些工作。也要谢谢国家自然科学基金委,他们【men】给了很【hěn】多钱,我们才能做【zuò】研究。最【zuì】后,谢【xiè】谢各【gè】位的聆【líng】听。

注【zhù】:本文整【zhěng】理自中国科学院【yuàn】院【yuàn】士、硅材【cái】料国家重点实验室主任、半导体研究【jiū】所所长杨【yáng】德仁在第十届【jiè】中国【guó】(无锡)国际【jì】新能源大会【huì】暨展览会上【shàng】所作主题演讲,未经其【qí】本人审【shěn】阅。