太阳能硅片全解析：材料与选购要点

太阳能硅片全解析：材料与选购要点

一、太阳能硅片的材料类型

1、单晶硅：单晶硅是单质硅的一种特殊形态。在熔融的单质硅凝固过程中，硅原子会以金刚石晶格排列形成众多晶核。当这些晶核成长为晶面取向相同的晶粒，并且这些晶粒平行结合时，便结晶成单晶硅。单晶硅具有原子排列高度有序的特点，这使得它在光电转换效率方面表现出色，是制造高效太阳能电池的理想材料之一。其内部结构的一致性有助于电子在其中的定向移动，减少了能量损耗，从而能够更有效地将太阳能转化为电能，在高端太阳能电池应用领域有着广泛的应用。

2、多晶硅：多晶硅同样是单质硅的一种形态。当熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，不过这些晶核长成的晶粒晶面取向不同，这些晶粒相互结合就结晶成多晶硅。多晶硅的制备相对单晶硅成本较低，其生产工艺也较为成熟。虽然其光电转换效率略低于单晶硅，但在大规模太阳能发电项目中，由于成本优势，仍然占据着重要的市场份额。它能够在保证一定发电效率的前提下，降低太阳能电池的生产成本，促进太阳能发电技术的广泛应用。

3、非晶硅：非晶硅由非晶态合金制备而成。要获得非晶态，需要极高的冷却速率，且不同材料对冷却速率要求各异，硅对冷却速率的要求尤为苛刻，传统液态快速淬火的方法难以实现。近年来，多种气相淀积非晶态硅膜的技术得以发展，如真空蒸发、辉光放电、溅射及化学气相淀积等方法。其中常用的主要原料有单硅烷（SiH₄）、二硅烷（Si₂H₆）、四氟化硅（SiF₄）等，且对原料纯度要求极高。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺紧密相连，目前辉光放电法被认为是制备质量最好的非晶硅膜的方法，并且其设备相对不复杂。非晶硅薄膜太阳能电池具有可大面积制备、成本较低等优点，在一些对成本敏感且对空间要求不高的应用场景，如建筑一体化光伏系统等方面有着一定的应用潜力。

二、太阳能硅片的挑选要点

1、外观检查：挑选太阳能硅片时，首先要对其外观进行仔细检查。硅片表面必须无裂纹，因为裂纹会严重影响硅片的机械强度和光电性能，可能导致在后续加工或使用过程中硅片破碎，使整个太阳能电池失效。无硬伤也是关键，硬伤可能破坏硅片的晶体结构，造成局部电学性能异常。此外，硅片不能有孔洞和崩边，孔洞会使硅片的有效面积减小，影响光电转换效率，崩边则可能在后续工艺中引发应力集中，导致硅片破裂，所以外观的完整性是挑选太阳能硅片的基本要求。

2、物理指标检测：太阳能硅片的物理指标众多，包括晶向、晶向偏差、类型、厚度、边长、垂直度等等。需要使用相应的专业测试仪器来确定硅片的类型和晶向等参数，这些参数对于硅片在太阳能电池中的性能表现有着重要影响。例如，不同晶向的硅片可能在光电转换效率上存在差异。在测量厚度方面，要使用测量仪器抽测 5 点厚度及公差，同时测量边长和对角线长及公差、垂直度等。对于太阳能电池工艺而言，硅片厚度及厚度变化（TTV）极为重要。如果硅片厚度低于生产最低要求，在生产过程中碎片率会显著提高，这会直接降低生产利润，因为碎片无法正常用于电池制造，造成了原材料的浪费。另外，碳、氧含量虽然通常不会出现问题，但它们对硅片品质影响重大，也需要进行抽测，因为一旦碳、氧含量超标，会直接在电学指标中反映出来，进而影响太阳能电池的性能。

3、电学指标评估：电学指标主要包括少子寿命和电阻率，硅片的等级也主要依据这两个指标来确定。例如，目前 A 级的单晶硅片少子寿命要求大于 10μs，电阻率 0 - 6Ω・cm。少子寿命反映了硅片中少数载流子的存活时间，少子寿命越长，说明硅片内部的复合中心越少，电子和空穴能够更有效地参与光电转换过程，从而提高太阳能电池的效率。电阻率则与硅片的导电性能相关，合适的电阻率能够保证硅片在太阳能电池中形成良好的电场，促进载流子的分离和收集，确保太阳能电池的正常工作和高效发电。在挑选硅片时，要使用专业的电学测试设备准确测量这两个指标，以确保所选硅片符合太阳能电池生产的质量要求，从而保证最终太阳能电池产品的性能和质量。