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N型硅片指标要求有什么不同?

N型硅片指标要求有什么不同? 光伏研习社
2024-02-18
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导读:材料+能源领域一站式服务平台

一、 什么是N型硅料?

N型硅料是掺杂了N型杂质(如磷)的硅材料。在N型硅料中,磷原子取代了一部分硅原子的位置,形成了额外的电子,这些额外的电子被称为自由电子。因此,N型硅料也被称为电子型硅料。自由电子在N型硅料中是主要的载流子。

二、 N型硅片的指标如何?

N型硅片的各项指标是怎样的,目前还没有固定的标准,因为它在不断变化。随着电池片转换效率的要求提高,对N型硅片的指标要求也就越高,目前中环和隆基对N型硅片的要求有了一定的解释说明,如图:

资料来源:中环协会论文报告

资料来源:隆基协会论文报告

从中环和隆基的报告说明中可看出,目前要求N型硅片具有更高的少子寿命;更低氧含量和更加集中的电阻率分布。

1. 什么是少子寿命?

少子寿命即少数载流子寿命,指的是在硅单晶中存在的自由少子(即带正电或负电的载流子)的平均寿命。硅单晶少子寿命的长短对于材料在光电器件和半导体器件中的性能有重要影响。较长的寿命意味着少子存在的时间较长,少子寿命越短,电池效率越低。

2. 什么是硅片中的氧含量?

氧的主要来源是熔体和坩埚的相对运动。氧和杂质会导致N型硅片在电池高温制备环节出现同心圆、黑心片等问题。氧在1400度无法流动,会被凝固在COP附近形成缺陷。

3. 什么是硅片的电阻率?

在硅料拉单晶制备成单晶硅棒过程中,一般利用高纯的硼或磷作为掺杂剂,掺杂剂本身的纯度超过99.999%~99.9999%,N型硅片是通过掺杂不同量的磷来控制单晶硅的电阻率,阻率ρ与掺杂浓度Cs的关系如下:

ρ=1/σ=1/(Cs*e*μ)

式中,σ为电导率;e为电子电荷,e=1.6*10^(-19)C; μ为电子的迁移率,为1350cm2/(V*s);对于1Ω*cm的N型掺磷单晶硅而言,磷的掺杂浓度为4.2*10^15cm^(-3)。

因而控制单晶硅的电阻率主要取决于硅熔体中加入的掺杂剂的量。

此外,N型硅片对硅料中金属杂质的要求有所降低,其中基体金属杂质浓度(Fe Cr Ni Cu Zn Na)小于2ppbw;表面金属杂质浓度(Fe Cr Ni Cu Zn Al K Na)小于15ppbw。

三、坩埚、石英砂耗材情况如何?

N型硅片的单晶纯度要求更高,所以拉N型硅棒的石英坩埚需要增加更换频次,以减少杂质累积并满足N型对纯度的要求。据统计,N型拉晶对应石英砂的消耗为267吨/GW。生产石英坩埚需要高纯石英砂,目前,高纯石英砂的供给短缺可能影响N型渗透率。

光伏坩埚用石英砂分为内、中、外三层,内层用石英砂的比例一般为60%,为改善供应紧缺调整为40%,已到极限,其中内层直接与融化后的高温硅液接触,对纯度要求很高,一般使用美国产矿砂,中层使用印度产矿砂,外层使用国产矿砂。

高纯石英砂矿资源稀缺,目前只有美国尤尼明、挪威TQC及国内SY股份具备规模化量产高纯石英砂的能力,主要以国外供应为主,比例超过90%。

四、对热场要求如何?

大部分企业要求保温毡灰分小于200ppmw,导流筒保温毡灰分小于20ppmw,也有管控严格的企业要求保温毡灰分在20ppmw以下。对碳碳材料的灰分要求也是在200ppmw以下,内导要求是石英材质的导流筒,导流筒保温毡灰分要求在50ppmw以下。


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