單晶硅與多晶硅的應(yīng)用和區(qū)別

　　1單晶硅與多晶硅的應(yīng)用和區(qū)別

　　多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動(dòng)控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。被稱為“微電子大廈的基石”。

　　在太陽能利用上，單晶硅和多晶硅也發(fā)揮著巨大的作用。雖然從目前來講，要使太陽能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)者接受，就必須提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。從目前國(guó)際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

　　從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)�；[1]可供應(yīng)太陽電池的頭尾料愈來愈少；[2] 對(duì)太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；[3]多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級(jí)；[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14％。據(jù)報(bào)道，目前在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過16％。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過17％，無機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16％，采用埋柵結(jié)構(gòu)，機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8％。

　　多晶硅與單晶硅的差別

　　請(qǐng)問多晶硅與單晶硅的差別是什么?國(guó)內(nèi)有那些廠家在生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品?

　　多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過分析測(cè)定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。

　　一、國(guó)際多晶硅產(chǎn)業(yè)概況

　　當(dāng)前，晶體硅材料是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在90％以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽能電池的主流材料。

　　多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來掌握在美、日、德等3個(gè)國(guó)家7個(gè)公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。

　　多晶硅的需求主要來自于半導(dǎo)體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級(jí)和太陽能級(jí)。其中，用于電子級(jí)多晶硅占55％左右，太陽能級(jí)多晶硅占45％，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對(duì)多晶硅需求量的增長(zhǎng)速度高于半導(dǎo)體多晶硅的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級(jí)多晶硅。

　　1994年全世界太陽能電池的總產(chǎn)量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增長(zhǎng)了17倍。專家預(yù)測(cè)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在二十一世紀(jì)前半期將超過核電成為最重要的基礎(chǔ)能源之一，世界各國(guó)太陽能電池產(chǎn)量和構(gòu)成比例見表1。

　　據(jù)悉，美國(guó)能源部計(jì)劃到2010年累計(jì)安裝容量4600MW，日本計(jì)劃2010年達(dá)到5000MW，歐盟計(jì)劃達(dá)到6900MW，預(yù)計(jì)2010年世界累計(jì)安裝量至少18000MW。

　　從上述的推測(cè)分析，至2010年太陽能電池用多晶硅至少在30000噸以上，表2給出了世界太陽能多晶硅工序的預(yù)測(cè)。據(jù)國(guó)外資料分析報(bào)道，世界多晶硅的產(chǎn)量

　　2005年為28750噸，其中半導(dǎo)體級(jí)為20250噸，太陽能級(jí)為8500噸，半導(dǎo)體級(jí)需求量約為19000噸，略有過剩；太陽能級(jí)的需求量為 15000噸，供不應(yīng)求，從2006年開始太陽能級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)多晶硅需求的均有缺口，其中太陽能級(jí)產(chǎn)能缺口更大。

　　據(jù)日本稀有金屬雜質(zhì)2005年11月24日?qǐng)?bào)道，世界半導(dǎo)體與太陽能多晶硅需求緊張，主要是由于以歐洲為中心的太陽能市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2006年， 2007年多晶硅供應(yīng)不平衡的局面將為愈演愈烈，多晶硅價(jià)格方面半導(dǎo)體級(jí)與太陽能級(jí)原有的差別將逐步減小甚至消除，2005年世界太陽能電池產(chǎn)量約 1GW，如果以1MW用多晶硅12噸計(jì)算，共需多晶硅是1.2萬噸，2005－2010年世界太陽能電池平均年增長(zhǎng)率在25％，到2010年全世界半導(dǎo)體用于太陽能電池用多晶硅的年總的需求量將超過6.3萬噸。

　　世界多晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美國(guó)的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德國(guó)的Wacker公司等，其年產(chǎn)能絕大部分在1000噸以上，其中Tokuyama、Hemlock、Wacker三個(gè)公司生產(chǎn)規(guī)模最大，年生產(chǎn)能 力