GB/T 25076《太阳能电池用硅单晶》及GB/T 26071《太阳能电池用硅单晶片》标准解读

李素青

（有色金属技术经济研究院，北京海淀100080）

1 背景

太阳能光伏发电是一种将太阳能转化为电能的绿色能源。近年来，随着全球经济的日益发展，对能源的需求也在急剧的增大，而常规能源的短缺以及带来的环境污染问题，使得太阳能光伏发电得到了突飞猛进的发展。太阳能级硅材料和硅片是制备太阳能电池的原材料，是全球光伏产业的基石。硅是地球上储藏最丰富的材料之一，在地壳中含量达25.8%，用硅来制造太阳能电池，原料可谓不缺。近几年，硅单晶产业链的生产工艺及技术都取得了重大的突破，凭借更高的效率、更优的性价比、更低的成本，单晶的市场份额一直在稳步提升，太阳能电池用硅单晶产品也因此受世人瞩目。

2 行业现状

截至2017年底，我国光伏发电总装机量达130GW，连续3年位居全球首位；新增光伏发电装机53GW，连续5年位居世界第一。光伏产业链各环节生产规模全球占比均超过50%，继续保持全球首位。

单晶硅与多晶硅是太阳能光伏晶硅组件的两条技术路线，因晶格排列不同而区分为单晶、多晶。近些年来，单晶技术由于具备突出的转化效率和成本不断下降的趋势而备受业界青睐。单晶的客户价值已逐步被行业认可，各大单晶产品供应商纷纷满产、扩产，产能的增加使得单晶产品价格持续下降，这让单晶产品渐渐有了与多晶产品竞争的实力，包括多晶企业在内的越来越多的企业正在切入单晶领域，保利协鑫能源便是典型的例子。可以预见在不远的将来，随着成本的迫近甚至达到持平，单晶有望进一步扩大市场份额。

我国在全球单晶硅供应和需求方面都是主要参与者。已于2012年成功上市的隆基股份是全球最大的单晶硅产品制造商，占全球市场份额的48%。该公司凭借多年来在半导体单晶硅领域的技术研究和应用积累，实现了跨越式发展，目前在全球光伏产业链中拥有重要地位。中环股份是集科研、生产、经营、创投于一体的国有控股高新技术企业，硅单晶及晶片的综合实力、整体产销规模位列全球前列，高效 N 型硅片市场占有率全球第一。本次标准修订正是基于硅单晶及硅片产品的技术进步和市场的变化，依托国内的主要生产和使用单位对原标准进行的修订。

3 标准主要内容

近年来随着光伏产业的飞速发展，太阳能电池市场需求的提高和技术的进步，太阳能电池用硅单晶、硅单晶片的技术指标发生了很大的变化，为了规范相关的产品，更好地为光伏硅材料生产企业服务，有必要对国家标准《太阳能电池用硅单晶》和《太阳能电池用硅单晶片》进行修订。

图1 准方形硅单晶的端面示意图

表1 准方形硅单晶的端面尺寸 单位为毫米

图2 方形硅单晶的端面示意图

表2 方形硅单晶的端面尺寸 单位为毫米

3.1 GB/T 25076《太阳能电池用硅单晶》主要内容

国家标准《太阳能电池用硅单晶》是对GB/T 25076-2010《太阳电池用硅单晶》的修订，由有研半导体材料有限公司牵头起草。为统一太阳能电池相关材料标准的名称，在征求各相关单位的同意后，此次修订将标准名称由《太阳电池用硅单晶》修改为《太阳能电池用硅单晶》。本标准规定了太阳能电池用硅单晶的牌号、分类、要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存、质量证明书和订货单（或合同）内容。本标准适用于直拉掺杂制备的圆形硅单晶经加工制成的准方形或方形硅单晶。产品经切割成硅片后进一步制作太阳能电池。

（1）外形尺寸

太阳能电池片分为单晶片和铸锭多晶片两大类。太阳能电池采用的硅单晶大都采用直拉法生长，该生产工艺决定了目前硅单晶锭只能做成圆的。随着技术进步和行业发展，出现了方形硅单晶片，由于不同的下游用户要求的具体端面尺寸指标也多有不同，标准修订中参照SEMI PV22-0817《太阳能电池用硅片规范》，将目前市场上的主流产品（如156I、156Ⅱ、156Ⅲ）和未来最新的发展方向（如161.75、210.75）列入标准。修订后的准方形硅单晶的端面尺寸具体见图1、表1，增加的方形硅单晶的端面尺寸具体见图2、表2。

（2）电学性能

硅单晶电学性能的具体指标见表3。

表3 电学性能

使用直拉法制造硅单晶的过程中需要加入掺杂剂，由于掺杂的浓度不同，硅单晶的电阻率也会不同。同时，因为后续用户采用不同的工艺、生产的电池结构不同而对电阻率的要求区别较大。根据标准编制过程中各相关单位的意见和现行产品的实际要求，将电阻率下限由0.5Ω·cm改为P型0.2Ω·cm，N型0.1Ω·cm。此次修订未对径向电阻率变化进行修改。

少数载流子寿命和太阳能电池转换效率直接相关。影响硅单晶少子寿命的主要因素有硅单晶内的杂质和缺陷，而多晶硅原料的纯度、热屏和加料器材质等都会影响硅单晶内的杂质和缺陷。近年来太阳能电池厂家使用的微波光电导测试设备，测得的寿命值不仅仅包含非平衡少数载流子，也含有多子的贡献，因此该方法测得的寿命严格的说应被称为“载流子复合寿命”。在不强调寿命测试方法的前提下设置寿命指标是没有意义的，所以本标准中注明了性能参数要求指标中的寿命是采用微波光电导方法测试得到的载流子复合寿命。同时，在本标准中注明“对电阻率、径向电阻率变化以及载流子复合寿命有其他要求时，由供需双方协商解决”。这样无论在指标上还是测试方法上都解决了不同测试方法测量寿命存在差异的问题，至于针对不同的测试方法获得的寿命指标应该如何要求，还是由供需双方协商确定。

（3）晶向及晶向偏离度

太阳能电池用硅单晶最常用的晶向为＜100＞，这是由于沿＜100＞晶向拉制易于获得长尺寸、低缺陷的硅单晶，而且容易在后续通过碱溶液腐蚀获得不同的绒面结构。此次修订未对硅单晶的晶向及晶向偏离度进行修改。

（4）氧含量及碳含量

氧是直拉硅单晶中以间隙态存在的主要杂质，过高的氧容易在硅中形成氧施主和氧沉淀，导致电阻虚高，影响电学性能，并产生黑心低效和光衰减现象。因此，对于高效太阳能电池来讲，降低氧含量是提高硅单晶内在品质的主要改善指标之一。本次标准修订中提高了氧含量要求，并对不同导电类型的硅单晶间隙氧含量赋予不同的指标，另外，在标准修订过程中，明确了氧含量的定义，为避免与硅中的全部状态下的氧含量混淆，将原标准中的氧含量改为间隙氧含量。

碳也会影响后续产品的电学性能，与氧含量类似，碳含量也存在代位碳之外的形态，因此将原标准中碳含量改为代位碳含量，并在碳含量的指标上有了提高，将不同导电类型的代位碳含量赋予不同的指标。

（5）晶体完整性

硅单晶内部的晶体缺陷会影响载流子寿命，进而影响太阳能电池转化效率。综合考虑目前大部分厂家的生产水平，本次修订未对位错密度进行修改，仅增加了“无滑移位错”的要求。

（6）体金属含量

硅单晶中的金属含量可能来源于多晶、拉晶的原辅材料以及拉晶过程中的沾污，而金属含量高不仅影响太阳能电池的性能，也会带来缺陷的问题。在本次修订时增加了硅单晶的体金属含量项目。

（7）表面质量

由于硅单晶经切割后直接获得硅单晶片，硅单晶的表面质量会直接影响后续硅单晶片的质量和成品率，所以在本次修订中增加了表面质量的要求。

3.2 GB/T26071《太阳能电池用硅单晶片》主要内容

国家标准《太阳能电池用硅单晶片》是对GB/T 26071—2010《太阳能电池用硅单晶切割片》的修订，是与标准《太阳能电池用硅单晶》配套使用的，由浙江省硅材料质量检验中心牵头起草。由于太阳能电池用硅单晶片加工过程只有切割片一种，且目前行业中的习惯叫法都是太阳能电池用硅单晶片，所以在标准修订过程中各相关单位一致同意将标准名称由《太阳能电池用硅单晶切割片》改为《太阳能电池用硅单晶片》。本标准规定了太阳能电池用硅单晶片（简称硅片）的牌号及分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、质量证明书和订货单（或合同）内容等。与《太阳能电池用硅单晶》相对应，本标准适用于由直拉法制备的硅单晶加工成的准方形或方形硅片，产品用于制作太阳能电池的衬底片。

（1）总则

直拉法生长的太阳能电池用硅单晶经破方后获得与后续的硅单晶片一样的截面尺寸，再经钢线或金刚线切割后获得硅单晶片，清洗后得到最终的成品。从硅单晶到硅单晶片的过程中，材料的电学性能、氧含量、碳含量、晶体完整性都没有变化，而硅片的边长、倒角、对角线长度（直径）、垂直度、晶向及晶向偏离度的要求也与硅单晶一致，因此上述项目的具体要求与修订后的《太阳能电池用硅单晶》保持一致。

（2）几何参数

几何参数是硅片的重要技术指标之一。目前，太阳能硅片均采用多线切割，单位长度硅棒能够产出硅片的数量为硅棒长度与槽距的比值。为了多产出硅片，需要尽可能的缩小槽距。由于金刚线切割较砂浆切割的效率高，单晶硅材料正率先快速转向金刚线切割。根据行业市场需求，本次标准修订中增加了硅片厚度“130±15、140±15、150±15、170±20”相对应的要求，删除了硅片厚度“220±20、240±20”相对应的要求，具体见表4。

表4 几何参数 单位为微米

翘曲度是硅片中位面上各点在轴向偏离参考平面的最大值与最小值之差。本标准结合各企业的实际情况，对翘曲度指标分级进行了适当的加严，由原来的翘曲度为≤75微米，修改为翘曲度为≤40或50微米。

（3）表面质量

随着光伏行业硅单晶切割使用的金刚线直径减小，加工技术水平不断提高，加工后太阳能电池用硅单晶片的表面质量提到了很大的改善，为此，标准在修订过程中对线痕深度的要求从“≤20μm”修改为“≤15μm”，缺口的要求改为“无”。

4 标准实施的重要意义

《太阳能电池用硅单晶》和《太阳能电池用硅单晶片》作为太阳能电池原材料的产品标准，是联系光伏行业上下游的技术纽带，在标准制定过程中既考虑了客户需求又保证了生产工艺的可控制性，是生产、科研中应用广泛和非常实用的产品标准。标准在修订过程中均参考了国际先进企业的产品指标和国内外用户的要求，技术指标上综合考虑了目前国内外的技术水平，也与国外先进标准接轨。《太阳能电池用硅单晶》还前瞻性的提出了对太阳能电池用硅单晶体内金属的测试。两个标准结合我国的实际生产和发展，给出了最新的指标以及相应的测试依据，均达到国际先进水平，通过标准的建立，能够进一步规范市场，促进光伏行业的进步与发展。