完美——一個通常會被我們個人的不足或是僅僅因為懶惰而被忽略的遠大目標。幸運的是，生活的經歷會告訴我們，完美通常只是一種定義，而“足夠好”的標準已經可以滿足大多數(shù)事情的標準。事實上，正是這些不完美使得我們在生活中不斷前行。如果幸運一點，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目(Avogadro project)進行合成：在未來，阿伏伽德羅球(Avogadro sphere，見左圖一)的目標是成為新的1公斤基準，但今天，它已經成為純度、晶體學和形態(tài)學上的有形標準。該球體是由單一晶體所制成的起勁為止最為精準的球體——當然，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知：這一點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相悖的舉動，背后確是數(shù)十年科學研究的成果。光伏產業(yè)早期創(chuàng)始人之一、Hans Queisser教授在其精心措辭的報告《Defects in Semiconductors: Some Fatal, Some Vital》(Science, 1998)中重述了這段歷史。該報告講述了“一種具有不可復制的特性的固體”發(fā)展成為今天的技術主力硅料的歷史。這一成功典范背后的功臣是通過獨特的方式對不完美因素進行控制并加以使用，這一過程在今天被稱之為缺陷工程。

硅基光伏產品的基礎完全建立在Queisser博士所描述關鍵的、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)化電池性能而對計量進行了精確控制。而對那些重要的不完美因素——主要是導電金屬——而言，必須要了解其毒害性，并嚴格將其控制在臨界水平之下。同時還要避免昂貴的、毫無必要的過度提純。因此，缺陷工程和嚴格的控制是以最小成本獲得最高性能和穩(wěn)定性的關鍵。

總的來說，追求純度并沒有盡頭：用于光伏產品中的硅片需具有精確量控的雜質，以獲得理想的電子特性。事實上，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，其結果也不過是一個極為昂貴的樣品——以及一群氣得跳腳的晶體學家而已。

一二九、九九、六九級別的原料和五九級別的產品

基于上文所提到的經驗，通過向原料硅添加特定數(shù)量的友好雜質，可將原料硅微調至最佳所產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行。這一工藝的結果就是將純度高達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元素也會通過這一過程滲入。因此，單晶或多晶硅片中的雜質濃度通常會將材料的純度降至五個九的級別。因此，純度并不一定是一項相關質量標準。

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致了市場的混亂，幾乎任何等級的硅金屬都能夠買上價錢。在這種狀況下，不恰當?shù)蔫T錠控制或不合格的原料會導致硅片中出現(xiàn)數(shù)量超標的致命雜質。而這中狀況會導致電池性能受限，更有甚者，在長期使用下出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。

太陽能產業(yè)也從此種學到了兩個深刻的教訓。首先，對相關缺陷進行控制是先決條件。其次，使用高純度原料是一個昂貴且過于單純的方式。第二條教訓的習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)所具有的價格差距已經在過去三年內幾乎消失殆盡。(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，重復使用此前鑄錠工藝中的切割漿料或是與低等級硅料進行摻雜在這一情景下是被嚴格禁止的。盡管這種方式在技術上具有可行性，卻同時具有原料費用高和產量低等不足。

有經驗的太陽能工程師會憑借自己的科研知識和實踐經驗，并在不損害電池性能和可靠性的前提下選擇使用具有價格競爭力的原料，并同時盡可能多的進行循環(huán)使用以期達到最佳經濟效益。這就意味著需要對致命雜質的濃度限度、次相關的二級雜質，以及關鍵參雜物的精確用量等有著極為透徹的理解。同時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，并根據(jù)氣流床反應堆或冶金提純法等氣相沉積技術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”致命雜質的嚴格控制在某些情況下有可能達到“八個九”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)化原料的最佳實際感應器。

而對供應鏈所造成的挑戰(zhàn)則是如何理解雜質對太陽能電池所造成的影響，以及如何在此種原料基礎上提供最好的產品。因此，原料制造商肩負了在其凈化工藝中進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濃度作為標準。而六九至八九級別硅料和九九級別以上硅料之間價格差距的逐步縮小也顯示出市場對這一發(fā)展趨勢的認同。