直到20世纪90年代,太阳能光光伏工艺还是主要建立在单晶硅的基础上。虽然单晶硅太阳能电池的成本在不断下降,但是与常规电力相比还是缺乏竞争力,因此,不断降低成本是光伏界追求的目标。自20世纪80年代铸造多晶硅发明和应用以来,增长迅速,80年代末期它仅占太阳能电池材料的10%左右,而至1996年底它已占整个太阳能电池材料的36%,它以相对低成本、高效率的优势不断挤占单晶硅的市场,成为最有竞争力的太阳能电池次材料。21世纪初已占50%以上,成为最主要的太阳能电池材料。
太阳能电池多晶硅锭是一种柱状晶,晶体生长方向垂直向上。
图1多晶硅锭铸造设备
1.装料
将装有涂层的石英坩埚在热交换台上,加入硅原料,然后安装加热设备、隔热设备和炉罩,将炉内抽真空使炉内压力降至0.05-0.1mbar并保持真空。通入氩气作为保护气,使炉内压力基本维持在400-600mbar左右。
2.加热
利用石墨加热器给炉体加热,首先使石墨部件、隔热层、硅原料等表面吸附的湿气蒸发,然后缓慢加温,使石英坩埚的温度达到1200-1300℃左右,该过程需要4-5h。
3.化料
通入氩气作为保护气,使炉内压力基本维持在400-600mbar左右。逐渐增加加热功率,使适应坩埚内的温度达到1500℃左右,硅原料开始熔化。熔化过程中一直保证1500℃左右,直至化料结束。该过程约要20-22h。