用于制造高效低成本太阳能电池的单晶种铸造大型单晶硅

工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (3) : 378-383.

PDF(2945 KB)
PDF(2945 KB)
工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (3) : 378-383. DOI: 10.15302/J-ENG-2015032
研究论文
Research

用于制造高效低成本太阳能电池的单晶种铸造大型单晶硅

作者信息 +

Single-Seed Casting Large-Size Monocrystalline Silicon for High-Efficiency and Low-Cost Solar Cells

Author information +
History +

Abstract

To grow high-quality and large-size monocrystal-line silicon at low cost, we proposed a single-seed casting technique. To realize this technique, two challenges—polycrystalline nucleation on the crucible wall and dislocation multiplication inside the crystal—needed to be addressed. Numerical analysis was used to develop solutions for these challenges. Based on an optimized furnace structure and operating conditions from numerical analysis, experiments were performed to grow monocrystalline silicon using the single-seed casting technique. The results revealed that this technique is highly superior to the popular high-performance multicrystalline and multiseed casting mono-like techniques.

Keywords

single-seed casting / monocrystalline silicon / polycrystalline nucleation / dislocation multiplication / multicrystalline silicon

引用本文

导出引用
. . Engineering. 2015, 1(3): 378-383 https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015032

参考文献

[1]
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Photovoltaic report. Freiburg: Fraunhofer ISE, 2014: 3–4
[2]
N. Stoddard,  Casting single crystal silicon: Novel defect profiles from BP Solar’s Mono2 TM wafers. Solid State Phenom., 2007, 131−133: 1–8
[3]
N. Stoddard, B. Wu, L. Maisano, R. Russell, R. Clark, J. M. Fernandez. The leading edge of silicon casting technology and BP Solar’s Mono2 wafers. In: B. L. Sopori, , eds. Proceedings of the 18th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells and Modules: Materials and Processes. Colorado: National Renewable Energy Laboratory, 2008: 7–14
[4]
N. Stoddard,  Evaluating BP Solar’s Mono2 TM materials: Lifetime and cell electrical data. In: Proceedings of the 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. Philadelphia: IEEE, 2009: 1163–1168
[5]
D. Zhu, L. Ming, M. Huang, Z. Zhang, X. Huang. Seed-assisted growth of high-quality multi-crystalline silicon in directional solidification. J. Cryst. Growth, 2014, 386: 52–56 
[6]
X. Gu, X. Yu, K. Guo, L. Chen, D. Wang, D. Yang. Seed-assisted cast quasi-single crystalline silicon for photovoltaic application: Towards high efficiency and low cost silicon solar cells. Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2012, 101: 95–101
[7]
K. Kutsukake, N. Usami, Y. Ohno, Y. Tokumoto, I. Yonenaga. Control of grain boundary propagation in mono-like Si: Utilization of functional grain boundaries. Appl. Phys. Express, 2013, 6(2): 025505
[8]
K. Kutsukake, N. Usami, Y. Ohno, Y. Tokumoto, I. Yonenaga. Mono-like silicon growth using functional grain boundaries to limit area of multicrystalline grains. J. Photovolt., 2014, 4(1): 84–87
[9]
M. G. Tsoutsouva,  Segregation, precipitation and dislocation generation between seeds in directionally solidified mono-like silicon for photovoltaic applications. J. Cryst. Growth, 2014, 401: 397–403
[10]
G. Stokkan, Y. Hu, Ø. Mjøs, M. Juel. Study of evolution of dislocation clusters in high performance multicrystalline silicon. Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2014, 130: 679–685
[11]
Y. M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W. C. Hsu, A. Yang, C. W. Lan. Development of high-performance multicrystalline silicon for photovoltaic industry. Prog. Photovolt. Res. Appl., 2015, 23(3): 340–351
[12]
B. Gao, S. Nakano, H. Harada, Y. Miyamura, T. Sekiguchi, K. Kakimoto. Dislocation analysis of a new method for growing large-size crystals of monocrystalline silicon using a seed casting technique. Cryst. Growth Des., 2012, 12(12): 6144–6150
[13]
B. Gao, S. Nakano, H. Harada, Y. Miyamura, T. Sekiguchi, K. Kakimoto. Reduction of polycrystalline grains region near the crucible wall during seeded growth of monocrystalline silicon in a unidirectional solidification furnace. J. Cryst. Growth, 2012, 352(1): 47–52
[14]
V. R. Voller, M. Cross, N. C. Markatos. An ent<?Pub Caret?>halpy method for convection/diffusion phase change. Int. J. Numer. Methods Eng., 1987, 24(1): 271–284
[15]
J. P. Garandet. On the thermal stresses in vertical gradient freeze furnaces. J. Cryst. Growth, 1989, 96(3): 680–684
[16]
Y. Miyamura,  Crystal growth of 50 cm square mono-like Si by directional solidification and its characterization. J. Cryst. Growth, 2014, 401: 133–136
[17]
B. Gao, S. Nakano, K. Kakimoto. Effect of crucible cover material on impurities of multicrystalline silicon in a unidirectional solidification furnace. J. Cryst. Growth, 2011, 318(1): 255–258

Acknowledgements

This work was partly supported by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) under the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI), Japan.
Compliance with ethics guidelines
Bing Gao, Satoshi Nakano, Hirofumi Harada, Yoshiji Miyamura, Takashi Sekiguchi, and Koichi Kakimoto declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.
基金
感谢日本经济产业省(METI)下属的日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)对本研究的大力支持。()
PDF(2945 KB)

Accesses

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/