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一 、鑄錠單晶矽的意義
太陽能光伏發電作為一種最具潛力的可再生能源利用方式，成為取代傳統的石化能源，支援人類可持續發展的主要技術，在最近五年來獲得了飛速的發展。目前晶體矽太陽能電池佔據著光伏產業的主導地位。而矽片的成本佔到了單多晶體矽成本的一半以上，因此降低矽片的成本，提高矽片的質量，對於光伏行業的發展有著極其重要的意義。
本文對晶體矽的鑄錠進行了調研，介紹了非常前沿的鑄造單晶矽技術在國內外的進展。
鑄錠單晶矽，是一種通過鑄錠的方式形成單晶矽的技術。鑄錠單晶矽的功耗只比普通多晶矽多5%，所生產的單晶矽的質量接近直拉單晶矽。簡單地說，這種技術就是用多晶矽的成本，生產單晶矽的技術。
由於多晶矽電池由於存在晶界複合，以及所採用的酸制絨技術無法達到在單晶所採用的鹼制絨的完美製絨效果，一般的多晶矽電池光電轉化效率要低於單晶矽1~2%。通過鑄錠單晶矽技術，可以使多晶鑄錠爐生產出接近直拉單晶矽的準單晶。在不明顯增加矽片成本的前提下，使電池效率提高1%以上。
二、 鑄錠單晶矽的技術路線和技術難點
鑄錠單晶矽主要有兩種方法。一種是有籽晶的鑄錠，另一種是沒有籽晶的鑄錠。
有籽晶的鑄錠報道的比較多。從兩篇國內的專利來看精工科技和浙江大學都屬於有籽晶的鑄錠方式。這種技術先把籽晶，矽料摻雜元素放置坩堝中，籽晶一般位於坩堝底部。
再把加熱融化矽料，並且保持籽晶不被完全融掉。最後控制降溫，調節固液相的溫度梯度，確保單晶從籽晶位置開始生長。這種技術的難點在於確保在第二步融化矽料階段，籽晶不被完全融化，還有控制好溫度梯度的分佈，這個是提高晶體生長速度和晶體質量的關鍵。
無籽晶鑄錠單晶方法的步驟基本和鑄錠多晶相同。其要點是精密控制定向凝固時的溫度梯度和晶體生長速度來提高多晶晶粒的尺寸大小，形成所謂的準單晶。一般鑄錠準單晶的要求是在125單晶矽片中，某一單獨的晶粒面積大於矽片面積的50%。
這種準單晶矽片的晶界數量遠小於普通的多晶矽片。無籽晶的單晶鑄錠技術難點也在於控溫。
這兩種鑄錠單晶技術都存在晶體生長速度與晶體質量相互矛盾的關係。
三、 鑄錠單晶矽的進展
鑄錠單晶技術因其對晶矽鑄錠行業有著很大的商業意義，國內外有很多機構都在進行這方面的研究，而且每家都對自己的研究進展和技術路線非常保密。這種保密研究和物理法提純矽料一樣。根據有限的公開資料，國外有pb solar 已經做出了成熟的產品。
據說rec，memc也在這方面研究。國內的浙大矽材料實驗室和精工科技申請了這方面的專利，清華大學，上海交大和西安交大在這方面也有文獻發表。
其中bp solar的mono2 技術表明，鑄錠單晶矽電池的效率非常接近多晶矽電池的效率。
圖1 mono2 工藝 鑄錠單晶矽和傳統單晶，多晶電池電引數的對比
圖 2 多晶和鑄錠單晶矽片的對比
圖a和圖b 是外觀比較，圖c和圖d是電子背散射影象對比。
圖 3 制絨後sem比較
圖 4 鑄錠單晶矽的外觀
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