太阳能光伏发电作为绿色可再生能源,具有良好的发展前景,在我国的能源结构中所占的比例也越来越大。近年来,晶体硅太阳能电池在太阳能光伏市场中占据主导地位,因此制备高效率和低成本的晶体硅太阳电池成为行业内研究者们长期追求的目标。目前常规铸造法制备的多晶硅主要是硼掺杂硅晶体,由于硼掺杂体系中形成的硼氧复合体会成为复合中心,导致少数载流子寿命显著下降,太阳电池组件的光致衰减较高。随着光伏技术的发展,对硅片的质量要求逐步提高,如何减少后期的光致衰减成为急需解决的问题。镓掺杂硅晶体代替硼掺杂硅晶体可以避免硼氧复合体的形成,从而制备低光衰的硅晶体电池片。本文围绕以上问题,利用G6(6*6)定向凝固炉生长出高效晶体硅材料及镓掺杂高效多晶硅,并对制备的晶硅及性能进行了系统地研究,其主要的创新成果如下:(1)研究了不同的籽晶类型对于高效多晶硅的电学性能的影响,研发发现:使用粒径均匀的籽晶铸造出的多晶硅晶粒尺寸均匀,REC颗粒料(REC Silicon公司的颗粒料)铺底的硅锭位错密度较低,效果较佳。对比这四种籽晶材料,使用西门子碎料和REC颗粒料铺底铸锭后切割的硅片的缺陷比例明显低于其它两种铺底料的,硅片的品质更高,其中西门子碎料更优。因此为了制备更高效率的高效多晶,可以选用西门子碎料或者REC颗粒料作为籽晶形核层。十种金属的杂质含量,REC颗粒料明显低于其它三种,西门子碎料的五种金属杂质含量最低。使用这两种材料作为籽晶形核层,有利于得到形核时较为纯净的环境从而降低长晶初期位错缺陷的数量。(2)研究了镓掺杂硅锭的电池性能,研究发现:镓掺杂硅锭的整锭的平均电池片转换效率不低于硼掺杂硅锭,且光照后的电池转换效率却高于硼掺杂硅电池,明显降低了光致衰减;在同一结晶高度处,镓掺杂硅锭中的电阻率分布是不均一的,且随着高度的增加,液体中的掺杂浓度逐渐增加,使得固液界面对杂质的分布影响更加明显,导致电阻率的不均一性更加明显;由于镓的分凝系数为0.008,远远小于1,在镓掺杂硅锭中,随着长晶高度的增加,纵向电阻率分布较广,头部电阻率偏低,但硅锭的电阻率分布与理论都较为吻合。该论文有图29幅,表6个,参考文献139篇。