完美——一個(gè)通常會(huì)被我們個(gè)人的不足或是僅僅因?yàn)閼卸瓒缓雎缘倪h(yuǎn)大目標(biāo)。幸運(yùn)的是，生活的經(jīng)歷會(huì)告訴我們，完美通常只是一種定義，而“足夠好”的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)可以滿足大多數(shù)事情的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，正是這些不完美使得我們在生活中不斷前行。如果幸運(yùn)一點(diǎn)，我們甚至能夠找到鐘愛我們身上不完美的人。

盡管存在一定爭議，目前全球最完美的物品正在通過阿伏伽德羅項(xiàng)目(Avogadro project)進(jìn)行合成：在未來，阿伏伽德羅球(Avogadro sphere，見左圖一)的目標(biāo)是成為新的1公斤基準(zhǔn)，但今天，它已經(jīng)成為純度、晶體學(xué)和形態(tài)學(xué)上的有形標(biāo)準(zhǔn)。該球體是由單一晶體所制成的起勁為止最為精準(zhǔn)的球體——當(dāng)然，它是通過超純凝固硅制成。選擇這一材料背后的原因則是我們對硅料極為熟悉的認(rèn)知：這一點(diǎn)是其他材料所不具備的，我們知道如何處置硅料、材料在各種環(huán)境中的性能表現(xiàn)以及如何將其為我們所用。因此，硅料是我們試圖獲得完美時(shí)的選擇。但是，即使是阿伏伽德羅球，也在其中有意地加入了一點(diǎn)不完美(使用了氮)，以減少晶體缺陷的發(fā)生次數(shù)。

但是，材料上面的微小雜質(zhì)使得這款超純材料更為完美——這一大膽且看起來與最初目標(biāo)相悖的舉動(dòng)，背后確是數(shù)十年科學(xué)研究的成果。光伏產(chǎn)業(yè)早期創(chuàng)始人之一、Hans Queisser教授在其精心措辭的報(bào)告《Defects in Semiconductors: Some Fatal, Some Vital》(Science, 1998)中重述了這段歷史。該報(bào)告講述了“一種具有不可復(fù)制的特性的固體”發(fā)展成為今天的技術(shù)主力硅料的歷史。這一成功典范背后的功臣是通過獨(dú)特的方式對不完美因素進(jìn)行控制并加以使用，這一過程在今天被稱之為缺陷工程。

硅基光伏產(chǎn)品的基礎(chǔ)完全建立在Queisser博士所描述關(guān)鍵的、重要的不完美因素的理解之上。在每塊太陽能電池中的關(guān)鍵不完美因素——主要是摻雜劑和鈍化劑——都是為優(yōu)化電池性能而對計(jì)量進(jìn)行了精確控制。而對那些重要的不完美因素——主要是導(dǎo)電金屬——而言，必須要了解其毒害性，并嚴(yán)格將其控制在臨界水平之下。同時(shí)還要避免昂貴的、毫無必要的過度提純。因此，缺陷工程和嚴(yán)格的控制是以最小成本獲得最高性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

總的來說，追求純度并沒有盡頭：用于光伏產(chǎn)品中的硅片需具有精確量控的雜質(zhì)，以獲得理想的電子特性。事實(shí)上，如果我們從阿伏伽德羅上切取一片硅片，并將其制成太陽能電池，其結(jié)果也不過是一個(gè)極為昂貴的樣品——以及一群氣得跳腳的晶體學(xué)家而已。

一二九、九九、六九級別的原料和五九級別的產(chǎn)品

基于上文所提到的經(jīng)驗(yàn)，通過向原料硅添加特定數(shù)量的友好雜質(zhì)，可將原料硅微調(diào)至最佳所產(chǎn)出硅片具有最佳到底安裝圖。這一步驟就是摻雜，通常通過硼或磷來進(jìn)行。這一工藝的結(jié)果就是將純度高達(dá)99.99999999%(一二九)的原料的純度降低至99.9999%(六九)。此外，由于原料需要通過熔融固化過程來加入摻雜原子，而坩堝壁或鑄錠爐本身上所帶有的其他雜質(zhì)元素也會(huì)通過這一過程滲入。因此，單晶或多晶硅片中的雜質(zhì)濃度通常會(huì)將材料的純度降至五個(gè)九的級別。因此，純度并不一定是一項(xiàng)相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

那為什么要去使用昂貴的高純度原料呢？在2007-2009年之間歐洲出現(xiàn)的安裝潮期間，原料制造商和電池制造商所獲得的利潤暴漲導(dǎo)致了市場的混亂，幾乎任何等級的硅金屬都能夠買上價(jià)錢。在這種狀況下，不恰當(dāng)?shù)蔫T錠控制或不合格的原料會(huì)導(dǎo)致硅片中出現(xiàn)數(shù)量超標(biāo)的致命雜質(zhì)。而這中狀況會(huì)導(dǎo)致電池性能受限，更有甚者，在長期使用下出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。

太陽能產(chǎn)業(yè)也從此種學(xué)到了兩個(gè)深刻的教訓(xùn)。首先，對相關(guān)缺陷進(jìn)行控制是先決條件。其次，使用高純度原料是一個(gè)昂貴且過于單純的方式。第二條教訓(xùn)的習(xí)得在市場上也有所體現(xiàn)：九九級以上原料相對于所謂的二級太陽能硅料(六九至八九)所具有的價(jià)格差距已經(jīng)在過去三年內(nèi)幾乎消失殆盡。(數(shù)據(jù)來源：www.pvinsights.com)

太陽能電池的缺陷：或致命、或同位、或重要

太陽能工程師通常會(huì)通過兩種方式獲得高性能硅片：較為簡單的是基于白板記事方式，這就需要使用高純度原料。因此，重復(fù)使用此前鑄錠工藝中的切割漿料或是與低等級硅料進(jìn)行摻雜在這一情景下是被嚴(yán)格禁止的。盡管這種方式在技術(shù)上具有可行性，卻同時(shí)具有原料費(fèi)用高和產(chǎn)量低等不足。

有經(jīng)驗(yàn)的太陽能工程師會(huì)憑借自己的科研知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在不損害電池性能和可靠性的前提下選擇使用具有價(jià)格競爭力的原料，并同時(shí)盡可能多的進(jìn)行循環(huán)使用以期達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益。這就意味著需要對致命雜質(zhì)的濃度限度、次相關(guān)的二級雜質(zhì)，以及關(guān)鍵參雜物的精確用量等有著極為透徹的理解。同時(shí)還需對硅錠鑄造的凝固工藝有一定的了解， 并將這一步驟作為凈化步驟之一，以進(jìn)一步降低對純度限制的要求。

太陽能級硅料制造商已然發(fā)現(xiàn)了這一商機(jī)，并根據(jù)氣流床反應(yīng)堆或冶金提純法等氣相沉積技術(shù)研制了簡化后的凈化工藝。對原料中鉬、鋯、鎢和所謂的“死亡金屬”致命雜質(zhì)的嚴(yán)格控制在某些情況下有可能達(dá)到“八個(gè)九”的等級。而在不影響電池性能和可靠性的前提下，原料對其他過渡金屬，如鐵、鋁或銅，以及各主族元素(如氧、碳、鈣等)的接納程度就要高得多。說道最后，太陽能電池本身才是決定優(yōu)化原料的最佳實(shí)際感應(yīng)器。

而對供應(yīng)鏈所造成的挑戰(zhàn)則是如何理解雜質(zhì)對太陽能電池所造成的影響，以及如何在此種原料基礎(chǔ)上提供最好的產(chǎn)品。因此，原料制造商肩負(fù)了在其凈化工藝中進(jìn)一步探尋成本降低方式的期盼——摒棄對絕對純度水平的追求，而使用精確平衡過的雜質(zhì)濃度作為標(biāo)準(zhǔn)。而六九至八九級別硅料和九九級別以上硅料之間價(jià)格差距的逐步縮小也顯示出市場對這一發(fā)展趨勢的認(rèn)同。