什么是單晶體

　　單晶體是指樣品中所含分子（原子或離子）在三維空間中呈規(guī)則、周期排列的一種固體狀態(tài)?；瘜W(xué)藥物中的原料藥（一般由單一成分組成）在合適的溶劑系統(tǒng)中經(jīng)重結(jié)晶可得到適合X射線衍射使用的單晶樣品，其大小約為0.5mm左右。例如：雪花、食鹽小顆粒等。單晶體是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)上的重要材料。

　　單晶體簡(jiǎn)介

　　固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。晶體分為單晶體，多晶體。

　　晶體有三個(gè)特征：1、晶體有一定的幾何外形，2、晶體有固定的熔點(diǎn)，3、晶體有各向異性的特點(diǎn)。

　　單晶體是原子排列規(guī)律相同，晶格位相一致的晶體。例如：?jiǎn)尉Ч?/p>

　　單晶體：整塊晶體由一顆晶粒組成，或是能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿整個(gè)晶體。

　　多晶體是由很多排列方式相同但位向不一致的小晶粒組成。例如：常用的金屬。

　　多晶體：整塊晶體由大量晶粒組成，或是不能用一個(gè)空間點(diǎn)陣圖形貫穿整個(gè)晶體。

　　單晶體具有晶體的三個(gè)特征。

　　多晶體具有前兩項(xiàng)特征，但具有各向同性的特點(diǎn)。

　　什么是多晶體

　　整個(gè)物體是由許多雜亂無(wú)章的排列著的小晶體組成的，這樣的物體叫多晶體。

　　例如：常用的金屬。原子在整個(gè)晶體中不是按統(tǒng)一的規(guī)則排列的，無(wú)一定的外形，其物理性質(zhì)在各個(gè)方向都相同。

　　如：由許多食鹽單晶體粘在一起而成大塊的食鹽。

　　多晶體有確定熔點(diǎn)。

　　單晶與多晶有什么區(qū)別？

　　歷史上最早用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的硅片并不像今日使用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備生產(chǎn)的單晶硅片或者多晶硅片，而是使用半導(dǎo)體晶圓的邊角余料或者殘次品，價(jià)格相當(dāng)昂貴。隨著半導(dǎo)體晶圓的合格率逐漸提高，市場(chǎng)可供應(yīng)的殘次品晶圓越來(lái)越少。當(dāng)人們希望普及硅基太陽(yáng)能電池的時(shí)候，還沒(méi)有出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的太陽(yáng)能單晶硅生產(chǎn)設(shè)備，半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的成本令人望而生畏，人們轉(zhuǎn)而使用澆鑄、鑄錠、定向凝固的方法生產(chǎn)晶體硅錠，這就是所謂“多晶硅片”的來(lái)源，雖然品質(zhì)較差，但成本有了明顯下降。到上世紀(jì)80年代初期，專(zhuān)門(mén)用于生產(chǎn)太陽(yáng)能單晶硅的技術(shù)逐漸成熟，這一時(shí)期，歐洲、美國(guó)、中國(guó)誕生了大量10KW以上、1MW以上的太陽(yáng)能電站，這些電站上使用單晶硅生產(chǎn)的組件至今仍在穩(wěn)定發(fā)電，30年的累計(jì)衰減還不到20%，足見(jiàn)單晶功率的穩(wěn)定性。

　　單晶電池和多晶電池的初始原材料都是原生多晶硅，類(lèi)似于微晶狀態(tài)存在。要具備發(fā)電能力，就必須將微晶狀態(tài)的硅制成晶體硅，而晶體硅的晶向需要精確控制。單晶電池和多晶電池在制程上唯一無(wú)法輕易互換的就是晶體生長(zhǎng)環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，原生多晶硅在單晶爐內(nèi)會(huì)生產(chǎn)成單一晶向、無(wú)晶界、位錯(cuò)缺陷和雜質(zhì)密度極低的單晶硅棒，如下圖所示：

　　多晶晶體的生長(zhǎng)工藝本身決定了它無(wú)法生長(zhǎng)出大面積單一晶向的晶體（單晶），多晶的本質(zhì)就是大量的小單晶的集合體，如下圖所示：

　　多晶鑄錠的小單晶顆粒之間的晶界會(huì)降低電池的發(fā)電能力，多晶鑄錠本身簡(jiǎn)單粗暴的工藝使得它更容易大規(guī)模擴(kuò)張，但是卻無(wú)法將位錯(cuò)缺陷和雜質(zhì)密度控制在較低水平，這些要素?zé)o一不在影響著多晶的少數(shù)載流子壽命。

　　組件功率衰減分為初始光衰和長(zhǎng)期衰減兩類(lèi)，單晶綜合性能優(yōu)異

　　在組件封裝材料可靠的前提下，影響單晶組件和多晶組件可靠性差異的關(guān)鍵因素就是功率衰減指標(biāo)。它分為初始光衰和長(zhǎng)期衰減兩類(lèi)。人類(lèi)最早從1970年代前后研究組件衰減問(wèn)題，經(jīng)過(guò)數(shù)十年探索發(fā)現(xiàn)，單晶和多晶在這兩類(lèi)衰減上表現(xiàn)有很大差異。

　　目前的單晶電池以P型為主，這種電池在日照2-3周后會(huì)發(fā)生2%~3%的快速功率衰減，原因是晶體生長(zhǎng)中使用硼作為摻雜劑，同時(shí)有較多的氧原子混雜，替位硼和間隙氧在光照下激發(fā)形成較深能級(jí)缺陷，引起載流子復(fù)合和電池性能衰退。但是，這種衰退在退火作用下是可以恢復(fù)的。太陽(yáng)能電池的功率在4個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間（取決于日照強(qiáng)度和時(shí)間）內(nèi)會(huì)發(fā)生恢復(fù)，到1年后，累計(jì)衰減大約是2.5%~3%，并趨于穩(wěn)定。

　　多晶電池不存在上述問(wèn)題，但是由于本身無(wú)法克服的高雜質(zhì)濃度和位錯(cuò)缺陷的影響，在日照下電池性能會(huì)持續(xù)衰退到3%左右，并且不會(huì)出現(xiàn)恢復(fù)現(xiàn)象。

　　目前市場(chǎng)上多晶組件功率保證是第1年97%~97.5%，25年80%，也就是說(shuō)，第一年初始光衰穩(wěn)定后，以后每年衰減0.71%~0.73%。單晶組件由于使用完美晶體結(jié)構(gòu)的硅材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，第1年功率保證是97%，25年保證83.8%，第2~25年平均每年衰減僅0.5%，這些指標(biāo)是組件廠商可以寫(xiě)入合同的保證值，也是保險(xiǎn)公司愿意承保的指標(biāo)。如果多晶組件提出25年功率保證高于單晶，保險(xiǎn)公司也很難答應(yīng)。

　　單晶優(yōu)勢(shì)無(wú)法超越

　　在過(guò)去幾十年內(nèi)，無(wú)論單晶電池還是多晶電池，生產(chǎn)工藝都非常粗糙，沒(méi)有把晶體硅材料的性能充分發(fā)揮出來(lái)，轉(zhuǎn)換效率的差異也不太明顯。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，晶體硅材料的發(fā)電性能利用程度不斷被刷新，由于單晶材料本身的高品質(zhì)特征、多晶材料本身無(wú)法克服的高位錯(cuò)密度和高雜質(zhì)缺陷，每一種新技術(shù)的導(dǎo)入都必然引致單晶相對(duì)多晶的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大。目前P型單晶相對(duì)多晶的平均轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)是1.5個(gè)百分點(diǎn)，當(dāng)PERC技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化時(shí)，單晶效率提升了0.8-1個(gè)百分點(diǎn)，多晶效率只能提升0.5-0.6個(gè)百分點(diǎn)。今后，IBC、HIT等更多高效技術(shù)會(huì)導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，單晶的優(yōu)勢(shì)還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　個(gè)體優(yōu)勢(shì)與整體優(yōu)勢(shì)

　　單晶相對(duì)多晶的優(yōu)勢(shì)是整體優(yōu)勢(shì)。不排除個(gè)別企業(yè)在單晶領(lǐng)域技術(shù)落后，以3-5年之前的單晶技術(shù)和現(xiàn)在的多晶技術(shù)比較，在這種個(gè)體情況下，單晶的功率穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率可能會(huì)體現(xiàn)出一定的劣勢(shì)。如果放在同一基準(zhǔn)線上，在組件功率相差15瓦的情況下，單晶和多晶價(jià)格差異將被EPC成本差異所覆蓋，單晶電站投資成本低于多晶。不排除市面上能夠看到極少量的270W、275W或更高功率的多晶組件（60片電池封裝規(guī)格，下同），但是它的組件成本必然會(huì)高于275W單晶組件，并且1-2年內(nèi)必然無(wú)法批量供應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，光伏發(fā)電是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?yīng)的、具有性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線才是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的王者，單純追求價(jià)格優(yōu)勢(shì)或者某一方面概念優(yōu)勢(shì)的技術(shù)只能作為一個(gè)特定時(shí)期的過(guò)渡。