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第1章晶体硅的物理特性
1.1晶体结构
1.2能带和能级
1.3电学性质
1.3.1本征载流子
1.3.2施主与受主
1.3.3非平衡载流子的产生和复合
1.3.4电阻率
1.3.5迁移率
1.3.6载流子扩散
1.4光学性质
1.4.1吸收系数
1.4.2折射率和反射率
1.5力学和热学性质
1.5.1弹性常数
1.5.2硬度
1.5.3热膨胀系数
1.5.4热导率
1.6p—n结
1.6.1扩散法
1.6.2离子注入
1.7晶体硅太阳电池常规结构与工艺
参考文献
第2章硅源合成工艺
2.1各种硅源的制备技术
2.1.1硅石
2.1.2冶金级硅
2.1.3三氯氢硅(trichlorosilane:TCS)
2.1.4四氯化硅(SiCl4)
2.1.5二氯二氢硅(SiH2Cl2)
2.1.6硅烷(SiH4)
2.2物理性质
2.2.1密度(液态)
2.2.2蒸气压
2.2.3比热容(液态)
2.3化学性质
2.3.1安全性
2.3.2着火和爆炸性
2.3.3对材料的腐蚀性
参考文献
第3章电子级多晶硅的制备
3.1改良西门子法制备多晶硅
3.1.1改良西门子法热力学
3.1.2改良西门子法动力学
3.2改良西门子法工艺
3.2.1原料系统
3.2.2反应系统
3.2.3尾气回收
3.2.4SiCl4冷氢化
3.2.5改良西门子法发展趋势
3.3其他氯硅烷法制备多晶硅
3.3.1SiH2Cl2制备多晶硅
3.3.2SiCl4制备多晶硅
3.4硅烷法制备多晶硅工艺
3.4.1Asimi工艺
3.4.2MEMC工艺
3.5多晶硅材料的评价
参考文献
第4章冶金法太阳级多晶硅提纯技术
4.1冶金法多晶硅的进展
4.2冶金法多晶硅的提纯工艺
4.2.1金属硅的冶炼:从矿石到单质硅
4.2.2高纯金属硅冶炼工艺
4.2.3炉外精炼
4.2.4湿法冶金
4.2.5真空熔炼与定向凝固
4.3硅料的储运和处理
4.3.1金属硅的储运和处理
4.3.2炉外精炼的硅料处理
4.3.3湿法硅料的处理
4.3.4真空装料处理
4.4冶金法多晶硅的生产设备
4.4.1金属硅冶炼设备
4.4.2炉外精炼设备
4.4.3湿法冶炼设备
4.4.4真空熔炼与铸锭设备
4.4.5物料处理设备
4.4.6坩埚喷涂与烧结设备
4.5冶金法多晶硅的安全生产问题
4.5.1炉外精炼的安全问题
4.5.2湿法冶金的安全生产
4.5.3真空铸锭时的安全生产
4.6冶金法多晶硅的应用
4.6.1冶金法多晶硅的成本优势
4.6.2冶金法多晶硅的应用情况
4.6.3冶金法多晶硅应用中存在的问题及对策
4.6.4冶金法多晶硅的质量标准
4.6.5冶金法多晶硅的应用趋势
参考文献
第5章其他太阳级多晶硅提纯技术
5.1流化床法
5.1.1SiH4流化床法
5.1.2TCS流化床法
5.2无氯法
5.3直接冶炼法
5.3.1原材料的处理
5.3.2碳热还原过程
5.3.3硅的提炼
5.4区域熔化提纯法
5.5气液沉积法(VLD技术)
5.6常压碘化学气相传输净化法
5.7电化学熔盐电解法
5.7.1熔盐直接电解SiO2制备多晶硅
5.7.2熔盐电解精炼冶金硅
5.8其他方法
5.9太阳级硅的存在问题和解决办法
5.9.1存在问题
5.9.2解决办法
参考文献
第6章硅晶体生长工艺
6.1直拉法制备单晶硅
6.1.1直拉法制备单晶硅的原理
6.1.2直拉单晶生长系统简介
6.1.3直拉法晶体生长工艺
6.2悬浮区熔法制备单晶硅工艺
6.2.1原理
6.2.2区熔单晶炉
6.2.3区熔工艺
6.3多晶硅制备技术
6.3.1多晶硅生长原理
6.3.2多晶硅铸锭工艺
6.3.3多晶硅铸锭炉
6.3.4未来的发展趋势
6.4掺杂工艺
6.4.1直拉单晶硅的掺杂
6.4.2区熔硅单晶的掺杂
6.5带状多晶硅制造技术
6.5.1定边喂膜带硅技术
6.5.2枝蔓蹼状(DWeb)带硅技术
6.5.3SR带硅技术
6.5.4RGS带硅技术
6.5.5SSP带硅技术
参考文献
第7章硅片生产技术
7.1外圆加工
7.2内圆切割
7.3多线锯切割技术
7.3.1多线锯切割原理
7.3.2多线锯切割的优点
7.3.3多线锯切割走线方式
7.3.4多线锯切割浆料
7.3.5多线锯切割切削液
7.3.6碳化硅
7.3.7影响线切硅片的质量因素
7.3.8多线锯切割设备的发展和组成部分
7.3.9硅片加工的发展趋势
7.4清洗及腐蚀
7.4.1预清洗
7.4.2去除硅片表面切割损伤和制绒
7.5硅片绒面制备技术
7.5.1机械刻槽工艺
7.5.2等离子刻蚀法
7.5.3光刻技术
7.5.4电化学腐蚀法
7.5.5湿化学腐蚀法
参考文献
附录1物理常数
附录2晶体硅的部分特性(300K)
附录3符号一览表
太阳电池是一种特殊的半导体器件,太阳电池可以实现太阳光直接转换为电力,是最有发展前途的可再生能源技术之一。光伏发电将在能源构成中占有愈来愈重要的地位,光伏发电正处于形成期,很快进入发展期,作为电能供应,在2040年以后有可能成为主导能源。2100年后,光伏发电以及太阳能热发电有望成为人类最主要的电能供应形式。晶体硅太阳电池是太阳电池发电的主流产品,我国通过不到10年时间的快速发展,已经成为世界晶体硅电池生产量最大的国家,相信未来晶体硅电池将会有更大的发展。
多年来,中山大学太阳能系统研究所致力于太阳电池技术的研究,在研究生培养与科研工作等方面都有突出的表现。近年来结合教学与科研工作,研究所的科研人员编著了多本专著,如《太阳能光伏发电技术》、《太阳电池》、《纳米材料与太阳能利用》等,得到光伏行业与教育界的认可,为光伏行业人才的培养做出了积极的贡献。
《多晶硅与硅片生产技术》全书内容由沈辉博士策划与组织,由工作在第一线的高校、行业界多名科研与技术人员共同编写,其中有些内容来自梁宗存、沈辉等用于本科生和研究生教学的部分讲稿内容,主要内容包括晶体硅的物理性能、硅源合成工艺、高纯多晶硅和太阳级硅原料的生产工艺、硅晶体生长工艺和硅片生产技术等。全书图文并茂,理论与实际结合,特别是针对晶体硅太阳电池技术的发展特点与需求,对多晶硅与硅片的新技术、新发展做了比较详细、系统的介绍。国内在这方面的参考书籍,特别是适合大学教学与企业专业技术人员参考的还不多,我认为这本书能够很好地满足这一市场需求。
20世纪60年代,我在北京大学工作期间,有幸能够与著名物理学家黄昆教授共事,在黄昆教授的鼓励下,我编写了我国第一本《半导体材料》,已经50多年过去了,应该说我的那本书培养了好几代人。从中山大学退休以后,得到沈辉教授的邀请,在中山大学太阳能系统研究所作为顾问,对年轻教师与研究生们做些学术指导。本人对于太阳能的利用有很大的兴趣,还考察过多晶硅企业、太阳电池企业,并遇见了在北京大学当年听过我讲《半导体材料》课程的学生,他(她)们也都已退休。在这几十年间我国半导体工业得到飞速发展,近些年太阳电池产业也是突飞猛进。我本人感慨万分,也非常振奋。我希望这本《多晶硅与硅片生产技术》对于我国太阳能产业发展起到积极作用。
莫党2013年9月30日
《多晶硅与硅片生产技术》的作者根据多年的研究和教学及生产实践编写,内容包括硅材料基本特性,制备原理及生产工艺,硅片的生产工艺与技术,对从事半导体材料研究、太阳电池研究、光伏材料研究和教学的人员有较好的技术参考价值。
中华人民共和国工业和信息化部公告工联电子[2010]137号为贯彻落实科学发展观,促进多晶硅行业节能降耗、淘汰落后和结构调整,引导行业健康发展,根据国家有关法律法规和产业政策,工业和信息化部、国家发展...
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多晶硅生产过程中的节能降耗技术分析
由于我国信息技术飞速发展和市场经济急剧演变,多晶硅的生产技术也是日益的向前发展着,而且渗透到人们生活和工作中的各个方面,已是不可缺少的一部分了.本文根据多晶硅生产中副产物的的综合循环利用,完善升级沉积工艺以及升级与创新新型沉积配置对多晶硅在生产过程中的节能降耗产生的作用.同时还分析了当前国内广泛先采用和发展完善的生产过程优化技术投入到多晶硅生产中去,从而能够有效的减少多晶硅的制备费用.
多晶硅生产中废气处理工艺改造
多晶硅生产中废气的处理方法主要有水洗法、焚烧法和碱液淋洗法.水洗法是多晶硅厂最传统的废气处理方法,是通过大量的喷淋水吸收废气中氯化氢和氯硅烷,该方法资源浪费量巨大,同时存在重大的安全隐患,现在已基本不使用.焚烧法是将废气进行高温燃烧和水解,得到二氧化硅和盐酸,该方法因前期投资过大、设备要求过高、工艺复杂、运行成本高等原因,其应用受到限制.碱液淋洗法因其工艺简单、投资和运行成本较低、处理效果好等优点,成为目前多晶硅厂最常用的废气处理方法.
本周多晶需求依旧平淡,整体多晶供应链倍感压力,成交量低迷,更使得库存较多的多晶硅片价格显得积弱不振,后势看跌。
硅料
下游多晶硅片不仅价格跌势加剧,也已开始规划后续开工率的调整,多用于多晶硅片长晶的菜花料本周已难上涨,成交价如上周停留在每公斤127元人民币上下,而多用于单晶长晶的致密料仍是需求旺盛,价格小幅上涨至每公斤133元,然而受到菜花料价格开始感受到压力的影响,预期致密料价格已达高峰。
海外市场部分,虽先前瓦克正式复工后,海外硅片厂对硅料的买气暂时转为观望,然在海外硅片厂尚未出现开工率下调的情形之前,依旧持续有新订单成交,价格小涨至每公斤14.6 – 16.5元美金。
硅片
在单晶硅片龙头厂隆基五月价格释出之后,整体单晶硅片价格大致稳定,本周持稳在国内每片4.45元人民币、海外0.61元美金,而低阻单晶硅片则是国内每片4.5元人民币、海外0.62元美金。
多晶硅片状况则不乐观:受到市场需求倒向单晶影响,多晶硅片库存持续累积,不少厂商已纷纷传出欲下调开工率的消息,然而目前多晶硅片厂库存压力高,预期在开工明显下降之前,价格都将持续下跌,国内价格由上周每片3.45元人民币跌至本周3.35元人民币,最低甚至出现3.2元人民币,海外则是从上周0.49元美金跌至0.47元美金,且后市仍然看跌。
此多晶硅片价格已低于不少厂商的现金水位,开工率下调已是势在必行。
电池片
单晶PERC、常规单晶电池片价格趁着需求旺盛持续反攻,常规单晶上涨至国内每瓦1.52元人民币上下、海外约0.208元美金,单晶PERC价格则来到每瓦1.6 – 1.62元人民币上下、海外不少成交都在每瓦0.23元美金以上。N型电池片也因为领跑者得标量优于预期,而使得近期订单热度高。
不同于单晶电池片需求旺盛、议价能力较强,海外多晶电池片已先一步感受到多晶需求偏弱的压力,价格稍有让步,18.6%以上的电池片来到每瓦0.180 – 0.181元美金上下,虽国内电池目前仍在每瓦1.37 – 1.4元人民币持稳,但由于换算美金两岸已出现明显价差,预期后续国内多晶电池片也将逐步感受到压力。
组件
近期国内组件价格并未出现太大的波动,然而企业欲消化手上的多晶组件库存,使得海外价格持续走跌,尤其先前价格一直高档持稳的印度市场近期降价明显,价格已来到每瓦0.31-0.32元美金上下。目前看来,630抢装已难有太大期待,组件价格目前只能期待维稳,难见上涨。
价格说明
新增之菜花料报价主要使用在多晶长晶,致密料则大多使用在单晶。
PV Infolink现货价格信息中,人民币价格皆为中国内需报价,而美金显示之价格则为非中国地区的海外价格,并非人民币直接换算美金。
PV Infolink的现货价格主参考超过100家厂商之资讯。主要取市场上最常成交的“众数”资料作为均价(并非加权平均值)、但每周根据市场氛围略有微调。
光伏产品价格回顾:
年后一波急速下跌后,硅料一致维持缓步又顽强的上涨势头。
多晶硅片库存压力下价格不断下调,单晶硅片价格紧随跟进,单多晶价格差拉大目前在0.87元/片 。
本周单晶perc电池出现涨价, 其他类型电池价格维持稳定。
组件价格持续缓步下滑,组件环节盈利能力收敛。
产业各环节边际成本较高厂商盈利能力分析:(研究意义:在供过于求格局下,标准化工业品的价格取决于边际成本较高的厂家的成本,研究边际成本较高的厂家的盈利情况有利于我们发现近期的价格支撑点)
硅料环节
高成本的硅料厂家目前都维持较好利润。
本周多晶硅片发出盈利警讯,在当前硅料价格下,多晶硅片已经出现亏损现金的状态,多晶硅片价格已经逼近多数厂商承受的极限。这一现象的到来会带来以下影响:
1、多晶硅片价格跌无可跌
2、硅料价格涨无可涨,由于多晶硅片环节很难在承受任何价格上涨,且由于硅片产能过剩很难将成本压力让下游消化,所以我判断此时硅料价格已见顶。
3、多晶硅片厂商的实际硅料端成本低于硅料报价,这主要是由于采购价格和市场报价不同,多晶炉可以使用锅底料、碎片料、边角料等原因。
以晶科、中环为代表的二线单晶硅片产能目前也可维持较好的盈利能力。
目前台湾电池片厂商单瓦“未扣折旧的毛利润”为0.128元,维持在相对较好的状态,预计当前价格下台湾电池产能会维持较高开工率以满足旺季需求。
据介绍,目前很多企业可以3.8元/片的价格拿到货,使单、多晶硅片的价差进一步拉大。
日前,单晶硅龙头就做出了反应,开始下调了单晶硅片价格。
2月4日隆基单晶硅片156.75mm x 156.75mm整体调降,调整后180um单晶硅片针对国内执行4.8元/片,和条调降前相比,价格下调0.4元/片,降幅达7.7%.
上述价格调整自2018年2月4日起执行。
此前,根据PVinfoLink的统计,单多晶硅片价差拉到1元/片,此次降价后将缩小到7~8毛/片。
隆基是中国的单晶硅片龙头,自2015年后开始从事组件业务。根据PVinfoLink的统计,2017年隆基乐叶的组件销量超过4.5GW,居全球市场第七位;居于国内市场的首位!
来源: 智汇光伏
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