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1、Status quo of Metallurgical Purified Solar Grade Poly-Silicon and its Quality Analysis 冶金法太阳能级多晶硅提纯技术现状 与质量分析Bradley Shi史珺 上海普罗新能源有限公司ProPower Inc.目 录 Brief Introduction of Metallurgical Purification of SOG 冶金法简介 Evolution of Metallurgical Purification of SOG 冶金法的进展 Impurities and its affect to the
2、SOG 太阳能级多晶硅的杂质及其对材料性能的影响 Quality Stability Analysis of Metallurgical Purified SOG 冶金法多晶硅的质量稳定性分析Technology for Poly-Crystallin Silicon Production 多晶硅提纯技术分类 Chemical Routine 化学法 Chemical changes happen to Si in purification process提纯过程中硅发生反应 Physical Routine（Metallurgical Routine ) 物理法(冶金法） No chemic
3、al change happens to Si in purification process 提纯过程中硅不发生反应Chemical Routine 化学法 Chemical changes happen to Si in purification process 硅发生了化学反应 Siemens Routine 西门子法 Modified Siemens Routine 改良西门子法 Mainstream Routine at present 目前的主流工艺 Regular Purity is 9N 常规纯度应可达到9N多晶硅纯度的表示 Substract the content of P
4、,B,and Metals from 100%用100%扣除磷、硼、金属杂质后的硅的纯度 C,O,N is about 110ppm（无需扣除）含有大约110ppm级的碳、氧、氮等元素 e.g., 7N poly silicon, may contain: B: 20ppb, P: 50ppb, metals: 10ppb;and C: 1ppm, O: 5ppm, N : 1ppm （绝对的硅纯度实际为5N） But content of C,O,N could not exceed the limit 但C、O、N不能过大。太阳能所需要的多晶硅纯度 Poly silicon with pu
5、rity higher than 7N could not be made into solar cell directly 7N以上的多晶硅无法用来直接作太阳能电池 B or P must be mixed as dopant 须掺入硼或磷 The dopant of B must be about 0.25ppm 对太阳能来说，硼的掺杂浓度大约在0.25ppmwi.e., for solar cell, the purity must down to 6N even using a 11N poly-silicon也就是说，在生产太阳能电池时，即便采用11N的高纯硅 ，也必须掺杂降到6N左
6、右。Impurities and Solar efficiency 杂质对光电转换效率的影响Demand of New Technology 新工艺的需求 Because impurities must added to high pure poly-silicon from Siemens method, which means energy double waste采用西门子法得出高纯度的硅后，又要掺杂到6N的 纯度，意味着能源的双重浪费 Thats why the technology of purifying silicon directly to 6N is being explor
7、ed all the time 直接生产6N太阳能多晶 硅的工艺开始被人们所探索。 Metallurgical Routine to purify the poly silicon is the most promising routine 冶金法是被人探索最多，也是目前最被人看好的工艺。Metallurgical (Physical) Routine 冶金法（物理法） No chemical change happens to Si in purification process 硅不发生化学反应 Hydro-Metallurgical Routine 湿法冶金法 Powde Metallu
8、rgical Routine 粉末冶金法 Vacuum Refinery 真空熔炼法 Energy Beam( Electron, Ionic) Method 能束(电子、离 子）法 Directional Solidification 定向凝固 Other Metallurgical Methods 其它冶金法 高纯石英直接熔炼、低温熔体萃取等通常的物理冶金法是采用上述手段的组合来达到对硅提 纯的目的。Process of ProPowers MP Routine 普罗的冶金法流程5NPackaging & Delivery包装发货Chosen Material Local Vacuum 精
9、料原则Arc furcace 矿热炉湿法冶金HydrometallurgyVacuum Refinery EM Stirring Energy Beam 真空精炼及铸锭 Pyrochemical 高温化学硅锭加工Crystal StretchingResistivity Scan Minor carrier LT Impurities Test 质量测试QC粉末冶金Powder MetallurgySmelting精炼Slagging 造渣6N5.55.7N3N44.5N4NSlicingCell Manu- factueringMono- CrystalTheoretical basis o
10、f MP Routine MP 法SOG 理论基础Mechanics of Diffusion and Extraction reaction in solid 固体扩散萃取反应机理 Analysis and application of Hydrophile and hydrophobe in powder metallurgy 粉末冶 金的亲水性和疏水性的分析及应用 Research of Segregation on interface between different matters不同物质界面分凝机 理研究 Mechanism of physical chemical reacti
11、on in slagging refinery 造渣精炼的物理化学反 应机制 Principle and application of oxygen dispensing in pyro-liquid silicon 液体硅内部高温施 氧的原理与应用 Research of atomic kinetics on solid-liquid interface activity energy固液界面表面活化 能的原子动力学研究 Quantum mechanics analysis of atoms in pyroliquid 高温液体原子的量子力学分析 Research on segregatio
12、n in solid-liquid interfaces 液固界面分凝现象和机理研究 Mathematic model anlysis of heat field and crystal growth theory 晶体生长理论及各类 温场的数学模型分析 Researcon existence form and impact of impurities in silicon crystal杂质在硅晶体内 部的存在形式和对晶体的影响的研究 Formation mechanism of impurities deep lever and its restrain method杂质深能级的 形成机制
13、研究及抑制方法冶金法同样需要在理论上进行重要的突破。目 录 Brief Introduction of Metallurgical Purification of SOG 冶金法简介 Evolution of Metallurgical Purification of SOG 冶金法的进展 Impurities and its affect to the SOG 太阳能级多晶硅的杂质及其对材料性能的影响 Quality Stability Analysis of Metallurgical Purified SOG 冶金法多晶硅的质量稳定性分析Progress of MP method on
14、Purity MP法在纯度上的进展（以经济规模）TimeLab PurityProd Purity Mfgrs Country 时间 实验室纯度产品纯度 部分制造商 国家 2003年“5n”-JFEJapan 2004年“6n” -JFE 2005年“ 6n”-迅天宇 China 2006年“7n”5N Elkem Norway 2007年“6n”5N Dow Chem., 南安三晶 China 2008年5.7N 5.7n普罗,佳科,银星,BSI,DC，Chn,CAD 2009年 6N 5.9N5.9n普罗,银星, etc. ChinaProgress of MP method Silico
15、n on Purity MP法多晶硅在电池效率上的进展（经济规模）时间 转换效率 衰减后 制造商 国家备注 2006年 16%N/AELKEM Norway掺料 2007年 16% 1011%南安三晶 China单晶 2008年6月 13.314.5% 无BSI，佳科CHN,CAN 多晶8月 16.1% 12.8% 普罗 CHN单晶12月 17% N/A 银星 CHN 单晶 2009年4月 16.8% 14.5% 普罗, CHN 单晶 8月 17.5% 17.0% 银星 CHN 单晶两张MP法单晶硅片电阻率扫描图比较2008年6月样品 2009年4月样品 （中山大学太阳能系统所测试） （阿特斯阳光电力有限公司测试）由图可见，整个硅片电阻率分布更加均匀。两张
