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硅材料简介


硅材料简介
赵志猛 2007年10月

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光伏行业产业链

组件 采矿及加 工提炼

硅材料

硅棒

硅片

电池片

系统应用
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光伏行业产业链

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我国硅材料生产及投资状况

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硅材料简介(一)

? 硅在地球上的分布非常广泛,储量也比较丰富,约占地壳元素含量的25%。尽管低纯度硅的储存量非常丰 富,但用西门子法提炼高纯度硅需要的工艺非常昂贵,目前生产高纯度多晶硅的技术主要有:西门子法、 改良西门子法和冶金法。 ? 高纯多晶硅是当今生产的几乎所有太阳能电池片和组件的重要原料,根据Phonton的研究报告,用硅做原 材料的光伏电池和组件占2005年度生产的光伏产品的91%。

? 光伏产业和半导体产业是多晶硅的主要用户。在2000年,光伏产业只消耗了全球硅供应量的10%,而到了 2006年,根据Phonton的预测报告,光伏厂家将首次消耗全球可用硅材料的一半以上。 ? 高纯多晶硅是当今生产的几乎所有太阳能电池片和组件的重要原料,根据Phonton的研究报告,用硅做原 材料的光伏电池和组件占2005年度生产的光伏产品的91%。 ? 这个巨变反映了光伏产业的迅猛发展和硅料的重要性,多晶硅厂家正加紧扩张产能以满足光伏产业不断增 长的需求。即使如此,从安排计划到真正产出多晶硅的时间周期通常需要一年半到两年半,由此造成目前 市场上硅材料的普遍短缺。从2004年以来多晶硅价格的迅猛上涨就是这个短缺造成的冲击

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各环节全球主要制造商和分布

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目前光伏行业发展的主要问题-硅原材料问题

由于国外市场特别是德国市场需求的刺激。我国太阳能电池厂家发展迅速,估计2006全国数十家企业新上 的或扩产的太阳能电池生产线的产能目标将超过600MW,而实际产量也将达到300MW以上。但在“形势 一片大好”的背后存在着不少潜在的问题 ? 硅原材料问题 太阳能电池用硅原材料缺乏已成为国际性的一大问题,对我国的影响尤为严重,国际上长期供货合同的均 价以上涨了25%,而在我国,由于畸形发展,上涨的幅度远不止25%,一般与国外生产厂家直接签订的长 期合约的价格为40-80美元/kg;同通过中间商的硅材料价格2005年一路飙升,一年之间已从25美元/kg上 升到超过200美元/kg,2006年上半年硅材料价格持续上涨,但在2006年10月份,受组件市场需求波动等 因素的影响,材料价格有所回落,幅度不大,2007年初价格即触底反弹,最近已达220美元/kg。以目前国 际市场太阳能电池销售价4.0-4.2美元/W(离岸价)计算,如此昂贵的硅材料价格已使太阳能电池生产厂 无利润可言,更为严重的是现在已有一些新上电池生产线、即使高价也买不到货,处于半停产状态,尽管 洛阳中硅、四川峨眉等公司计划扩产,特别是洛阳中硅已决定新建年产1000吨多晶硅的生产线项目,但上 这样的大项目风险不小,不仅投资很大,而且从年产300吨试验生产线扩展到年产1000吨生产线,技术上 将会遇到不少问题。由于太阳能电池用多晶硅材料用量猛增,已带动了整个电子信息产业的硅材料上涨, 影响到其他硅电子元器件的材料成本

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硅材料简介(二)

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硅材料是一个很笼统的概念,在目前材料紧缺的情况下,拉制单晶的每家企业都在想方设法的去利用一些废料,尤其是来 至于半导体行业的废料。目前光伏行业中讲到的硅材料具体包括以下两大类:一是高纯多晶硅及相关材料;二是复拉料, 所谓复拉料就是能够重复拉制的材料 。 高纯多晶硅及相关材料,如以下三张图片就是高纯多晶硅,这是拉制单晶硅棒最好的材料。高纯多晶硅生产流程:二氧化 硅+碳→粗硅→粉碎+氯化→三氯氢硅(四氯化硅等)→精馏(去除杂质)→还原(生长多晶硅) 相关材料主要包括:碳头多晶、碎多晶和硅粉等

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硅材料展示-多晶块

硅料

碎多晶

碳头多晶
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硅材料展示-多晶头尾、边皮

头尾料

边皮料

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硅材料展示-籽晶、碎料

籽晶

碎棒料

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硅材料展示-碎片

多晶碎片

蓝膜片

IC级免洗料 IC级圆片碎片
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硅材料展示-硅粉

高纯硅粉

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硅棒介绍

? 硅料需要转化成硅棒后才能把它进一步加工成硅 片、电池和组件。 ? 用硅材料的电池组件分为两大类:单晶硅和多晶 硅。无论哪种,都必须把多晶硅转化成单晶结构。 单晶硅就是晶向和结构一致的硅。多晶硅通常是 由无固定晶向和结构的硅组成。 ? 单晶硅棒生产最常用的工艺就是直拉法,简称CZ (Czochralski)。在这个过程中,多晶硅放入石 英坩埚中,经过加温后缓慢融化, 缓慢浸入一根 具有一定晶向的籽晶,经过缩颈、放肩、转肩、 等径、收尾生长和冷却过程,完成一根单晶的生 长过程。 ? 生产单晶硅棒需要精确的规格和小心地监测以确 保的固态硅生长的统一和没有杂质。 完成一根两 米长,6到8英寸直径的单晶硅棒需要36到40小时 的时间。 ? 硅棒可以分为P型和N型

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硅片介绍

? 切片就是把单晶硅棒切割成薄片的工艺过程,薄片可以用来做 成电池片。 制造更薄的硅片和减少切割过程中的损失是整个 光伏产业界花大力气的地方,目的是降低组件生产的成本,提 高硅材料的使用效率。 ? 切片过程浪费最大的就是刀片厚度造成的损失。颗粒损失就是 制造硅片的切割过程中产生的硅从硅棒上的剥落。线切割是硅 片加工中最新的工艺。硅棒原材料被冷却后,首尾两端被切割 掉后再回收做硅棒。然后,经过测试合格的硅棒被切割成400500厘米长的段。根据太阳能硅片规格的要求,单晶圆棒需加 工成准方形状。切割过程中,一根几百公里长、80-200微米直 径的不锈钢绳被槽轮压在硅棒上。为了完成这个过程,钢线上 通常携带悬浮液和金刚砂的混合物以降低摩擦进行切割。 ? 硅片按照形状分为圆片和方片,按型号分为单晶和多晶

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原材料技术要求

? 太阳能级多晶硅料
总体要求:硅含量99.9999% 含硼量:<0.20ppba 含磷量:<0.90ppba 含碳量:<1.00ppba 金属含量:<30.00ppba 表面金属含量:<30.00ppba 尺寸大小要求:25mm---250mm 晶体种类:P型 电阻率:>0.50Ohmcm

? 破碎半导体级硅片
半导体级碎硅片
片子形状为圆弧形碎片 硅片厚度>=400um 型号为P型 电阻率:>0.50Ohmcm

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原材料技术要求

? 小多晶 型号为N型,电阻率大于50ohmcn,碳含量小于5*10-16/cm3,氟含量小于 5*10-17/cm3 块状为4mm 不能有氧化物夹层和不熔物,最好为免洗料

? 直拉多晶硅 磷检为N型,电阻率大于100ohmcm, 硼检为P型,电阻率大于1000ohmcm.少数载流 子寿命大于100um,碳含量小于10-16cm3,氧含量小于10-17 cm3 块状小于30mm 不能有氧化物夹层和不熔物,最好为免洗料

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原材料技术要求

? 区熔头尾料
N型,电阻率大于50chmom 少数载流子寿命大于100μm 块状为30mm 区熔头尾料不能有气泡,不能有与线圈接触所造成的沾污,更不能有区熔过程的流硅或不熔物

? 直拉头尾料(IC料),最好为免洗料
N型,电阻率大于10ohmom

P型,电阻率大于 0.5ohmom
块状大于30mm,片厚大于0.5mm 直拉头尾料不能气泡,更不能有不熔物

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