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2023-11-03 00:00
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光伏行业技术研究的逻辑还是比较有意思的，部分专业概念很容易被上下游甚至和半导体行业混到一起，比如少子寿命，上下游硅的物理态都不同，工艺也不同，硅料、硅片、电池的中的少子寿命能是一回事么？
大家留意到国标起草单位没有，相关的硅料国标①“GB/T 25074-2010 太阳能级多硅”，起草单位 “洛阳中硅、无锡尚德、中国电子技术标准研究所、隆基等”；②“GB/T 12963-2014 电子级多硅”起草单位 “峨眉半导体、中能、特变、洛阳中硅等”；③“GB/T 12963-2022 电子级多硅” 起草单位“鑫华、黄河水电、中能、永祥、新特等”。
所以第一个问题来了：既然都是同样的产品，2010年的起草单位有上游硅料企业，有下游硅片或电池片企业，且大部分是硅料下游应用企业，而2022年即便更新的过硅料指标，起草单位大部分是上游，没有下游？所以自上而下，从硅料企业去了解N型硅料的标准是否存在失真。
紧接着第二个问题：既然没有具体的下游参与制定指标，是否是因为N型硅料当前并没有一个特定标准？
下游为了摸清这个标准，一定会去不停试验N型指标所需要的条件，所以第三个问题：是否N型指标随着N型电池的提效，也会进一步发生改变？那么当一家硅料企业说自己现在满足N型硅料要求，是否也存在判断失真？
PS：现在市面上的各类信息太多了，大家没那么多时间判别，也很容易陷入到先入为主的观念中。
上述三个问题，至少告诉大家两件事，①N型硅料指标是变化的，只要N型电池在提效，那么硅料纯度一定进一步增加；②N型硅料的判断一定是自下而上的，只有去挖掘下游对硅料中各项指标的需求，才能断定什么才是当前的N型硅料。
好的，下面我们就从下游去挖掘当前N型硅料所具备的条件。先看两张图，分别为中环 “电池对N型硅片指标需求”，以及隆基 “N型高效电池对单晶硅材料要求”。
中环提出两个大点，更高要求的产品标准和差异化的超薄硅片设计。其中产品标准中又涉及到三大点：①更高少数载流子寿命；②更低氧含量；③更加集中的电阻率分布；超薄的硅片设计这一点，是为了增加硅料利用率还是为了降低少子寿命，我这边先挖一个坑，后面几期给大家讲讲。
隆基报告中提到，与硅材料少子寿命及电阻率存在关系。转化效率越高的电池（N型电池）对少子寿命越敏感，要求也越高；电阻率对部分电池结构影响较大。那就N型硅料需要的条件聚焦了，硅料中影响硅片“少子寿命，氧含量，电阻率分布”的因素。
得注意一下：影响的是硅片的少子寿命，氧含量，电阻率，因为硅片是单晶硅棒切片产生，其实也是也是单晶硅棒的上述标准。但别和硅料中的少子寿命，氧含量，电阻率搞混了。
第一个概念出来了，硅片的少子寿命，当金属原子以单个形式存在于晶硅硅中时，它们具有电活性，同时也是深能级复合中心，所以原子态的金属从两方面影响硅材料的性能：①影响载流子的浓度（电子或空穴）；②影响少数载流子的寿命。在N型硅片工艺生产过程中见下图，并未涉及到金属元素的掺入，其余硅片生产的过程中导致的金属杂质的引入并不在硅料企业考虑范围内，因而唯一硅料企业考虑的金属杂质引入点就在硅片材质本身，也就是硅料携带进来的金属杂质，尤其是深能级杂质，所以硅料中存在体金属，表金属的指标，同时反应硅料金属杂质浓度大小的硅料少子寿命，大家知道来源了把。
第二个概念 “硅片的氧含量” ，氧的主要来源是熔体和堆塌的相对运动。堆场和硅反应产生一氧化碳，部分会登录晶体界面。氧和杂质会导致N型硅片在电池高温制备环节出现同心圆、黑心片等问题。氧在1400度无法流动，会被凝固在COP附近形成缺陷。TOPCon在后续电池制备环节高温步骤较多，因此也更容易产生同心圆等问题。但明显氧气的引入和控制在硅片生产环节，硅料生产环节中涉氧较少，因而在新国标中将氧含量改为客户自定，该元素的除杂并不在N型硅料指标范围考虑之中。
第三个概念 “硅片的电阻率” ，在硅料拉单晶制备成单晶硅棒过程中，一般利用高纯的硼或磷作为掺杂剂，掺杂剂本身的纯度超过99.999%~99.9999%，N型硅片是通过掺杂不同量的磷来控制单晶硅的电阻率，电阻率ρ与掺杂浓度Cs的关系如下：
ρ=1/σ=1/(Cs*e*μ)
式中，σ为电导率；e为电子电荷，e=1.6*10^（-19）C; μ为电子的迁移率，为1350cm2/(V*s)；对于1Ω*cm的N型掺磷单晶硅而言，磷的掺杂浓度为4.2*10^15cm^(-3)。因而控制单晶硅的电阻率主要取决于硅熔体中加入的掺杂剂的量。所以主要控制控制电阻率的地方在硅片的生产，但有别于氧，掺杂既然按照一定比例定量执行，必定需要原本体的中B或P更像一张白纸，这样我才能更准确控制电阻率大小，所以硅料在新国标中的B、P更重要的是的P，有了更加严苛的标准。
看完以上概念我们再看看，很多在硅料研究材料下面用硅片指标去混搭解释的言论就显得十分唐突了，也验证我开头说到的，“现在市面上的各类信息太多了，大家没那么多时间判别，也很容易陷入到先入为主的观念中”。
那具体当前的N型指标要达到多少，咱们留到下期讲解，另外对于本期提到的三个概念，更多地涉及到半导体物理学上的概念，这边我先把坑留着，后续为读者一一填埋。
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