太陽能多晶硅原理第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1光伏發電的未來及硅材料1。光伏發電的未來趨勢及硅材料2。太陽級硅材料短缺引起的效應3。太陽級硅材料純度討論及思考4。結語第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日21．光伏發電的未來趨勢及硅材料1）太陽能光伏發電是未來最重要的戰略能源

◆

JRC預測“EuropeanRoadmapforPVR&D”,EuropeanCommissionJointResearchCenter,2004EUR21087EN）第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日3

◆歐洲光伏工業協會(EPIA)的預測：2020年：光伏組件年產量：40GW系統總裝機容量：195GW光伏發電量：274TWh,＝2020年全球發電量的1％光伏組件成本：1美元/Wp2040年：光伏發電量：7368TWh,＝2040年全球發電量的21％第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日4◆IEA-PVPS預測

2020年光伏發電占世界總發電量1％，2040年>20％第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日5

◆世界光伏發電發展路線圖Year2000201020202030USA(GWp)0.142.136200Europe(GWp)0.153.041200Japan(GWp)0.254.830205World-AIP(GWp)1.014.02001850Sources：Japanese，US，EPIAandEREC2040scenariosEREC-EuropeanRenewableEnergyCouncil，EPIA-EuropeanPhotovoltaicIndustryAgency，AIP-AdvancedInternationalPolicyScenario第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日6年2006201020202030光伏累計安裝量，GW8．0142001850光伏組件年產量，GW2．51050400晶硅電池份額，％0.930．90．800．70SG－Si消耗，g/Wp121198太陽級Si總需求量，噸20000(+7900)90000(+9000)346000(+14000)2220000(+20000)電子級硅總需求量，噸18000227204070072900合計380001127203867002292900電子級硅比例，%47.420.1610.53.22）未來（至2030）超純多晶硅材料的總需求思考，噸注:電子級硅材料的總需求，噸，按照6％年增長率考慮第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日7未來硅材料需求結構將發生重大變化：超純硅材料（電子級＋太陽極）硅材料不但需求量極大（兩百萬頓量級），而且對能源、環境、社會的可持續持續發展具有極端重要意義。太陽級多晶硅材料逐漸成為高純多晶硅材料主體。當太陽級硅材料比例超過90％、總量在百萬頓以上時,硅材料供應格局將發生根本性變化。而且這個龐大的產業也必須是節能的環境友好的。我們應該以這種新格局和要求考慮未來硅材料制造技術和產業的發展。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日82．太陽級硅材料短缺引起的效應1）正面效應：促進了光伏發電技術的全面提升：加速了太陽級硅材料產業發展和技術進步，促進了太陽級硅材料新方法的探索和開發；

促進了晶硅電池及組件技術的提升：電池效率，硅片減薄，薄片電池技術，產業化技術（高度規模化和自動化），大組件技術發展等。

第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日9加速了薄膜電池發展硅基薄膜(a-Si，c-Si,a-Si/c-Si)，CdTe，CIGS。。。。促進了聚光光伏技術發展

其它：促進了其它可再生能源技術的發展如太陽能熱發電技術等。第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日102）負面效應：

硅材料大幅度漲價，增加了光伏發電成本，減緩了光伏發電成本下降趨勢等，我國尤其嚴重。國際市場價格從過去的25美元/kg漲到50美元/kg時，我國部分公司甚至要200美元/kg以上才能買到。

由于材料短缺和價格飛漲，在利益驅動下少數公司在制造硅錠時摻入過量劣質材料，導致電池效率下降和衰減。這種組件出口到國際上可能引起嚴重后果。我國少數電池/組件生產商已經為此受苦。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日113。太陽級硅材料純度討論3.1硅太陽電池工作特點與硅材料性能關系目前國際上尚沒有統一的太陽級硅材料純度標準和界定。每年EG和SG-Si的報道數據是根據商家賣給EG用戶和SG用戶的量統計的，SG中也包含有優質料。光伏界的經驗提法是－太陽級硅純度大于6N。實際上對“大于6N”要具體分析，金屬雜質濃度要求更苛刻。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日12晶硅太陽電池本質上是硅半導體二極管器件，同時是一個要求有“極限性能”的器件（即開路電壓、短路電流、填充因子愈高愈好，最好能達到理論極限值）。從器件性能講，對材料純度要求與半導體工業并無本質差別，電子級（EG）與太陽極的純度差別只是因為光伏發電對成本的苛刻要求，成本與性能的折中在一定程度上放松純度要求。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日13在各種產業領域中，半導體器件與材料性能（純度和品質）之間的關系最直接、最敏感、關聯度最大。微電子器件如此（向微觀尺寸發展），太陽電池（向宏觀尺寸發展）也如此。太陽電池的工作環境是各種半導體器件中最苛刻的：要經受風吹、日曬、沙塵、冰雹、高低溫交變、潮濕、酸雨、酸霧侵蝕等幾乎所有惡劣環境考驗，這是其它半導體器件（大多在室內環境或者恒溫環境中工作）所沒有的。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日14太陽電池要求的工作壽命是幾乎所有半導體器件中是最長的（25年以上甚至更長）。特別惡劣的工作環境、特別長的工作壽命以及市場對愈來愈高的效率要求，都對材料提出了特殊的純度和品質要求。從世界晶硅電池技術發展路線圖看到，效率（實驗室電池、商業化電池）持續提高，對材料純度也會有基本要求。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日153.2

理論計算結果

p-型4cm襯底硅太陽電池中雜質對效率的影響

第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日16n-型1.5cm襯底硅太陽電池中雜質對效率的影響第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日173.3

國外經驗和數據

太陽級硅材料產品目標（ASiMI/SGS）QualityTargetTotalMetals<100ppbwP&B<5ppba,eachC,O<1ppma,eachLifetime>

100sPorosity<10vol%(openpores)Granulediameterrange0.5–2.0mmBulkdensity～

1500kg/m3MISSIONDedicatedsupplierofcost-effectivePV-gradesiliconfromsilaneDevelopinginnovativeproductiontechnologiestosecurereliableproductioncapacitiesmeetingprojectedfeedstockneeds第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日18雜質指標Fe,Al,Ca,Ti,金屬雜質各<0.1ppm(w)C<4ppm(w)O<5ppm(w)B<0.3ppm(w)P<0.1ppm(w)2001年國際上所使用的太陽極硅材料性能狀況購買用于多晶硅片生產的最低級硅的化學雜質指標

購買的用于生產多晶硅片最低級硅的電學指標性質指標電阻率>1cm，p-型少子壽命>25μsHandbookofPhotovoltaicScienceandEngineering.EditedbyA.LuqueandS.Hegedus2003JohnWiley&Sons,LtdISBN:0-471-49196-9第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日193.4

雜質影響的實際案例－CZ－Si中氧含量的影響在直拉單晶過程從石英坩堝中引入了氧（大約從＜1ppm到10～40ppm），結果導致CZgui太陽電池的光衰減現象。在p-型Cz-Si太陽電池中，氧與硼在光照下發生電池效率衰減、退火后恢復的現象。

過高的氧是石英坩堝引入的。FZ-Si及MCz-Si太陽電池則沒有此現象發生。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日20摻硼p-型Cz單晶硅電池的光照效率衰減(～5％)和200℃退火恢復現象第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日21光衰減大小(1/f-1/i)與間隙氧濃度[oi]的關系

(樣品的硼濃度基本恒定：NB1016cm-3.)

超線性關系：說明氧影響的嚴重性。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日22研究表明，光衰減和退火恢復現象

同樣存在于mc-Si(摻B)中。

1.6Ωcm1010cm2mc-Si襯底在120分鐘照射和260℃退火10分鐘后平均少子壽命的可逆變化第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日23在國際光伏組件質量認證測試中，允許晶硅組件效率有小于5％的效率衰減與此有直接關系。只要太陽電池使用Cz-Si片，光衰減就不可避免。

MCZ（加磁場）能有效減少氧的引入、避免光衰減現象；目前拉制半導體工業用8英寸單晶硅必須施加磁場，但還沒有在光伏工業中推廣。此外，氧存在還導致形成熱施主、氧沉淀等，對電池效率均產生不利影響。

“半路”引入的氧雜質的影響尚且如此，原材料中過多的雜質影響可能更為復雜，特別是金屬雜質。第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日243.5思考目前我國在太陽極硅材料制造技術和產業發展方面，正在進行以下兩方面的工作;1)通過合作、引進、消化、吸收，加緊實現西門子改良法中的尾氣回收和循環工藝，特別是四氯化硅氫化工藝以及綜合利用技術，快使我多晶硅材料工業成為節能和環保的產業之一，同下游工業一樣與世界拉平。目前許多產業正在做此項工作。

2）一批資深材料專家、專家團隊和企業正在探索太陽極硅材料制造新方法、新工藝。為我國高純硅產業的跨越式發展進行著艱苦卓絕的創造性勞動。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日25在硅材料技術創新過程有兩種思維路線：◆瞄準高純度目標探索新方法◆基于：高純度－高效率－高