ЗА КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ

В настоящее время опробованы более 20 способов выращивания і ленточного и листового кремния (л-Si). Ряд из них не нашел дальней­шего развития из-за технологических сложностей, высокой стоимости производимого материала или его неудовлетворительного качества. ! Наиболее широкое распространение, а собственно и промышленное применение, получили способы ST и D-Web. Вполне естественно, что наибольшее количество информации имеется именно по этим спосо­бам. В частности, это касается подробностей описания технологий, рас­четов устойчивости, моделирования процесса роста, исследований примесных и структурных дефектов, данных промышленного произ­водства, эффективности получаемых СЭ. По остальным способам информация достаточно скудна. Это же подтверждается данными об­зора [5].

Стоимость солнечной электроэнергии при одинаковой технологии производства СЭ определяется себестоимостью и качеством материала (в последнем учитывается кпд СЭ). Очевидно, что эти две категории. взаимосвязаны напрямую. К сожалению, в литературе нет данных по кпд СЭ при одинаковой технологии их производства для различных способов получения кремниевых пластин, так как каждая фирма реали­зует собственные технологии в том и в другом производстве. Это зна­чительно затрудняет однозначный ответ на вопрос: какая технология лучше?

По аналогии с [1, 2] выделим девять способов (табл. 3.1 и 3.2), ко­торые вышли из стадии лабораторных разработок и начали использо­ваться хотя бы в опытном производстве. Необходимо отметить, что способ Степанова — наиболее промышленно налажен в виде производ­ства многогранных тонкостенных кремниевых труб (как, например, технология EFG).

Таблица 3.1 Технологические характеристики основных способов получения листового и ленточного кремния

Спо­

собы

Название

Вид

продукта

Толщина

(min),

мкм

Периметр,

ширина,

см

Скорость

вытяги­

вания,

см/мин

Произво­

дительность

единицы

оборудования,

см2/мин

ST,

EFG,

CAST

Stepanov

Technique

Много­

гранная

труба,

лента

100

Труба — 80; лента — 10

2-3

Труба — 180

D-Web

Dendritic

Web

Лента

100

7

1,5

10

SSP

Sheets

from

Silicon

Powder

Тоже

300

11

2

20

HCRP

Hoxan

Cast

Ribbon

Process

»

300

20

2-40

200-400

S-Web

Supported

Web

»

400

30

200

2000

TSE

Two

Shaping

Elements

»

50

20

6-10

250

RAFT

Ramp

Assisted

Foil-

casting

Technique

Пластина

150

10×10

1800

18000

RGS

Ribbon

Growth

on

Substrate

Лента

200

10

900

9000

HSCT

Hoxan Spin Cast Technique

Пластина

400

10×10

40

400

Таблица 3.2

Качественные характеристики кремниевых лент, получаемых основными способами для производства солнечных элементов

Примеси,

10І7ат./см3

Микро- и макро — кристаллическая структура

Кпд

Спо­

собы

Углерод

Кисло­

род

Поверх­

ностная

плотность

дислокаций,

см2

Поверх­

ностный

размер

зерна,

см2

Характеристика

СЭ

(шах),

%

ST,

EFG,

CAST

20

5

104

1-10

Большие удлиненные зерна; можно получать монокристалл

<15

D-Web

1

10

«л

О

7

о

Вся

поверхность

Монокристалл

<17

SSP

3

0,1

іоМо6

1-10

Большие

удлиненные

зерна

<13

HCRP

2,5-7,5

2,5

0,1 в среднем

Столбчатые

зерна

<11

S-Web

5-Ю

5-10

104-106

0,01-0,1

То же

<12

TSE

0,01-0,1

Удлиненные зерна в направлении вытягивания

<11

RAFT

1-10

7

107 (103- после термо­обработки)

0,0001-

0,01

Столбчатые

зерна

<10

RGS

108(104- после термо­обработки)

-0,01

То же

<10

HSCT

5

5

0,1-10

»

Шероховатость поверхности 3 мкм

<13

Таким образом, из представленных в табл. 3.1 и 3.2 способов два — D-Web и SSP — из-за низкой производительности вряд ли смогут широ­ко конкурировать в будущем. По этой же причине неперспективно по­лучение одиночных лент способом Степанова Метод ЛОП (см. рис. 3.3) проигрывает методу ЛМП как из принципиальных соображений: не­экономичное использование подложечного материала (обычно графи­тового), так и по производительности (см. табл. 3.1). Метод ЛПЗ имеет нерешенную проблему высоких остаточных термических напряжений. Получивший наибольшее развитие из способов литья — способ RAFT — находится вне конкуренции по производительности (см. табл. 3.1), но имеет низкое качество материала (малый размер зерна, см. табл. 3.2). Оставшиеся три способа — ST (многогранные трубы), HCRP и HSCT — очень близки по производительности. Правда, качество получаемого материала способом Степанова выше, чем по технологиям непрерыв­ного литья фирмы Hoxan. В то же время последние способы разработа­ны еще достаточно недавно и могут быть улучшены по производитель­ности, а вероятно, и по качеству материала. Достоинством этих спосо­бов являются непрерывность процесса, горизонтальная компоновка оборудования, легкость автоматизации.

Описываемые в дальнейшем способы получения л-Si будут пред­ставлены в порядке, соответствующем предложенной классификации (см. рис. 3.3).