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中科院福建物构所太阳能级硅材料综合检测与机理机制研究平台

中科院福建物构所太阳能级硅材料综合检测与机理机制研究平台

  由于福建省硅矿资源丰富,品位高,尤其是其中B、P、Ti杂质含量相对较少,对太阳能级多晶硅的制备有着独特的优势。另外,我省的独特地理优势是西高东低,小水电资源分散且丰富,丰水期电力大大富余,为发展硅材料工业提供了良好的电力资源。目前全省有各类工业硅冶炼企业70多家,3000kW以上的炼硅炉60多台,年产多晶硅6~8万吨,几乎全部出口到发达国家。但是我省的相关企业和全国一样缺少低成本的太阳能级多晶硅提纯的工业化方法,只能以牺牲环境和能源的代价赚取微薄的利益。所以,开展建立相关研究和测试平台,研究与开发太阳能级硅提纯的关键技术,是全省硅冶炼企业产业升级所面临的共同发展瓶颈。此背景下,2007年在福建省科技重大专项"太阳能电池材料与器件"的支持下,中国科学院福建物质结构研究所根据我省光伏产业的需求,建立了太阳能级硅材料综合检测与机理机制研究平台,该平台支持单位为福建省科学技术厅,并依托物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室结构化学国家重点实验室国家光电子晶体材料工程技术研究中心

  通过在该平台建设完备的太阳能级硅综合测试系统,该平台主要目的为:

  (1)研究和建立太阳能级硅材料性能的测试方法。

  (2)研究制定太阳能级硅材料性能的测试标准。

  (3)为全省相关企业提供产品的开放性检测服务,为企业硅质量的提升提出方向性指导和相关工艺改造思路。

  从2008年10月检测平台首期建设初步完成,经过一年的运行,平台建设已逐步完善。物构所目前已建成太阳能级硅材料相关微量杂质、少子寿命标准测试平台,该测试平台现配备有Element GD型辉光放电质谱仪(GDMS),WT-1000B型少子寿命测量仪(LT),等离子发射光谱(ICP-OES)、元素分析仪、深能级瞬态谱仪(DLTS)、物理性能综合测试仪(PPMS组建中),目前正开展太阳能级硅材料中关键科学问题研究,确定影响硅材料使用的关键因素,并且可以对硅材料关键性的杂质和关键性的物理参数进行系统研究,最终为相关企业提供开放性检测服务及硅提纯工艺方面的技术咨询。

  一、平台构建图:

   

 

  太阳能级硅材料综合检测与机理机制研究平台由中科院光电材料化学与物理重点实验室组建,并且是中科院光电材料化学与物理重点实验室的一个重要研究平台,平台依托结构化学国家重点实验室,国家光电子晶体材料工程技术研究中心为平台提供学术指导。

  二、分析仪器构建图:

  

 

  (1)等离子发射光谱、元素分析仪、辉光放电质谱仪可测量工业硅、硅粉以及添加剂工业及太阳能级硅材料中杂质的含量,通过分别对提纯硅工艺各个阶段的取样测试,可得出材料纯度及杂质的来源。从而对企业的技术工艺改进提供参考依据。

  注:此三台仪器开放免费测试服务,其余仪器为基础科研型仪器,可为硅相关企业及电池制造企业提供收费测试服务。

  (2)少子寿命仪:少子寿命仪可测量硅半导体中的少子寿命,测试硅电池材料的光电性能,以初步判断硅电池材料能否进入实际应用。

  (3)深能级瞬态谱仪(DLTS):深能级瞬态谱是半导体领域研究和检测半导体杂质、缺陷深能级、界面态等的重要技术手段,能检测半导体中微量杂质、缺陷的深能级及界面态、分析影响太阳能电池材料中少子寿命和转化效率衰减的关键性杂质元素和杂质元素的晶格占位,确定是何种掺杂元素和何种元素占位影响少子寿命。