單矽長晶技術降低太陽能電池成本

2021-02-25 電子工程專輯

來自日本國立材料研究所(NIMS)與九州島大學(Kyushu University)攜手組成的一支研究團隊最近開發出一種新的晶矽(mono silicon)鑄造方法，能以更低成本為太陽能電池生長高質量的單晶矽。

由日本NIMS國際納米結構中心(MANA)納米電子材料部納米組件特性化小組負責人關口隆史(Takashi Sekiguchi)以及九州島大學應用力學研究所教授柿本浩一(Koichi Kakimoto)為主導的這支研究小組，共同發明了一種稱為「單粒鑄造」(single-seed cast)的新鑄造方法，據稱所打造的矽晶質量較傳統鑄造方法更優，因而可用於開發更高效的矽晶太陽能電池。

目 前，主流的矽晶太陽能電池轉換效率已經達到20%了，未來的開發還必須進一步提高轉換效率，才能增加電池產品的價值。然而，使用傳統的矽晶鑄造方式並不容 易達到這一目標。此外，由於半導體所用的零排差(dislocation-free)單晶矽在價格上較不具有競爭力，因此還必須開發新的晶矽材料來取代半導體的多晶矽與單晶矽。

為了解決這個問題，研究人員們開發出一種單粒鑄造法——這種使用晶種的矽晶鑄造方法，成功地生長出低雜質的高質量單晶矽(單矽)錠。這種新的鑄造方法可讓矽晶在坩鍋中熔化，從較小的晶種中生長單晶矽。利用這種方法由於減少使用原材料以及降低製造成本，因而成本較傳統製造單晶矽的方法更低。再者，使用這種方法生長晶矽所製造的太陽能電池，可實現高達18.7%的轉換效率。這一轉換效率已經接近零排差單晶矽 (柴氏長晶法)了。在未來的研究中，透過進一步降低晶體缺陷和雜質的影響，可望使這種「單矽」的轉換效率超越柴氏單晶矽(Cz silicon)。



最新開發的單粒鑄造法，可望降低太陽能電池成本


同時，這種方法還能使用現有設施生長大約50-cm大小的錠立方體。因此，由於它能與現有的製造設施兼容，因而也能整合至目前的生產線中。未來，透過轉換這項新技術以及由其衍生而來的其他技術至太陽能電池製造商，可望讓太陽能電池產業更具市場競爭力。

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