多晶硅冶金法除磷的研究进展

磷是多晶硅中的一种主要杂质元素,目前国内外采用冶金法除磷的工艺主要包括酸洗除磷、合金定向凝固除磷和真空除磷工艺.其中,酸洗除磷工艺可以很有效地去除磷杂质,但仍未达到太阳能级多晶硅小于0.1×10-4%(质量分数)的要求.采用合金定向凝固工艺可以去除80%以上的磷杂质,但目前对凝固后硅中残留溶剂金属的去除方法还有待进一步的研究.通过真空感应熔炼实验已将磷含量从15×10-4%(质量分数)降低至0.8×10-5%(质量分数),并对除磷的热力学条件进行了初步探索.     

冶金法提纯工业硅的研究

以冶金级硅为原料进行了制备高纯多晶硅锭的研究,自行设计了真空感应熔炼与定向凝固设备、电子束熔炼设备.通过酸洗、真空感应熔炼与第一次定向凝固、电子束熔炼、真空感应熔炼与第二次定向凝固等组合步骤对工业硅进行提纯.利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)进行成分分析,实验结果表明,定向凝固有效去除了金属杂质,电子束对蒸汽压高的元素,尤其是磷元素的去除作用明显.Al的浓度降低到了0.4×10~(-6),Fe、Ca、Ti、Mn、Cu、Zn等金属杂质的浓度降到了0.1×10~(-6)以下,P含量降低到1.5×10~(-6).     

定向凝固结合电子束制备高纯铜的研究

对定向凝固结合电子束制备5N高纯铜进行了研究。首先采用真空感应熔炼4N(99.99%)阴极铜并进行定向凝固实验,然后利用电子束对定向凝固后的铸锭进行重熔精炼,利用辉光放电质谱仪进行成分分析。实验结果表明:真空熔炼可以有效去除铜中饱和蒸气压高的杂质;通过定向凝固,杂质元素含量沿铸锭轴向逐渐升高;经过组合工艺提纯后,总杂质含量由13.6×10-6降低至4.0×10-6,铜的纯度提高至99.9996%。     

铸造多晶硅的制备与研究

当今多晶硅已成为最主要的光伏材料,利用定向凝固工艺生产铸造多晶硅铸锭已成为业界广为采用的方法,但目前利用定向凝固工艺生产出来的多晶硅铸锭仍存在较多的缺陷,例如材料利用率低以及组织不均匀等问题.为了进一步优化铸造工艺,采用自行设计的真空电磁感应熔炼炉及定向凝固炉进行了多晶硅定向凝固实验.重点对比研究了石英坩埚和石英陶瓷坩...     

多晶硅真空定向凝固系统的仿真优化与实验研究

采用模拟和实验相结合的方法,研究了真空定向凝固系统中炉内底部保温层结构对多晶硅温度场及凝固过程中固-液界面的影响,对比了底部保温层为开口、半封闭与全封闭3种情况下的温度分布及凝固情况。模拟的结果表明,在底部保温层全封闭时,热区的辐射加热效果加强,同时也增加了冷区的散热效果,使坩埚中的硅料温度梯度增大。在此基础上,建立了不需要进行坩埚底部水冷换热的凝固系统,并进行了实验。实验结果与理论分析基本一致,说明可以通过调节炉内装置来优化多晶硅的真空定向凝固系统,对该系统的设计和优化起到指导与参考作用。     

真空感应炉冶炼GH3030氧、氮含量控制工艺

试验研究了80kg真空感应炉冶炼GH3030氧、氮含量控制工艺。本文设计了三种不同的冶炼方案,研究了精炼参数、脱氧剂碳、返回料的种类及其添加比例等因素对GH3030液中氧、氮含量的影响。结果表明,将0.08%(质量分数)脱氧剂碳和3kg返回料随原料加入炉内,熔化后在精炼真空度为30Pa、精炼温度为1510℃下精炼15分钟,GH3030液中氧可控制到16ppm,氮可控制到7ppm;锯屑对GH3030液中氧、氮含量的不利影响要大于刨屑及冒口。     

多晶硅真空定向凝固过程Marangoni对流对铸锭质量的影响研究

对于多晶硅垂直布里奇曼真空定向凝固过程,熔体自由表面张力引起的Marangoni对流对晶体生长质量有着明显的影响。本文通过建立多晶硅真空定向凝固过程的热场-流场-应力场多场耦合数学物理模型,采用数值模拟和实验研究了Marangoni对流作用下熔体传热特性、熔体流动行为、铸锭热应力等因素对硅晶体生长质量的影响。结果表明:Marangoni对流会增强硅熔体流场的流动强度,使得硅熔体平均流速增大3倍左右,进而影响硅熔体内部的对流换热能力,使硅熔体和硅固体温度分布更加均匀,硅熔体温度梯度降低4.8%-9.9%,硅固体温度梯度降低2.1%-2.6%,使多晶硅铸锭过程产生更小的热应力和更少缺陷。     

DL-10A型石英真空计

DL-10A型石英真空计,测量范围为5×10-1～105 Pa。石英真空计的特点是传感器的体积小,这样该真空计除与其它真空计一样测量气体压强外,它能测量小体积,例如1 cm3大小的密封器件的气体压强,并能检测真空的保持状态。     

含银粗铋真空精炼

研究了含银粗铋真空蒸馏精炼的可能性和规律性。试验结果表明，采用真空蒸馏法精炼粗铋在技术上是可行的。所采用的工艺条件为：蒸馏温度900～950℃；时间15～20min；系统残余气体压强25～40Pa；熔体深度4～5．4mm。经一级真空蒸馏粗铋，产出率达98％以上，精铋中铁、铜含量低于一号精铋国家规定含量标准；要得到铅、银等杂质含量均低于1号或2号精铋国家规定含量标准的精铋产品，需采用多级真空蒸馏精炼粗铋。与传统工艺相比，含银粗铋真空精炼具有流程短、银回收率高、节约生产成本、改善劳动条件及提高劳动生产率等优点。     

SiO_2-CaO中添加CaCl_2去除冶金级硅中杂质硼的工艺研究

以硼含量为16.6×10~(-6)(质量比)的冶金级硅为原料,在高温电阻炉中,利用SiO_2-CaO-CaCl_2、SiO_2-CaCl_2和CaO-CaCl_2造渣剂进行渣硅比、精炼时间、精炼温度和CaCl_2不同配比的除硼精炼实验。研究发现,在熔渣精炼除硼过程中,随着温度的升高和精炼时间的增长,硅中硼含量越来越低,而渣中硼含量越来越高。当渣硅比为2∶1、精炼温度为1550℃、精炼时间为120 min时,硼的分配系数LB由0.93增大到2.85,杂质硼的去除效果最好。在SiO_2-CaO-CaCl_2三元体系中加入质量比为16.67%CaCl_2时,硼的分配系数最高达到3.71,精炼效果最好。本研究为进一步获得低硼含量的高纯硅产品提供了依据。     

Purifying multicrystalline silicon by directional solidification method with induced electromagnetic field

Abstract

As an improved directional solidification (DS) method, the complex directional solidification (CDS) method is used for purifying and preparing multicrystalline silicon ingot in this experiment. The induced electromagnetic field is imposed to control refining and solidification process. An integral silicon ingot with the diameter of 130 mm, the length of 130 mm and the weight of 4 kg is successfully fabricated in a self-designed CDS furnace. Metallographic analyses reveal that the direction of the most grains is parallel to the axial of silicon ingot. Analyses proved that the distribution of impurities in the cross-section is more homogeneously, the distribution in axial is improved and the effective length of silicon ingot is increased. Theoretical calculations indicate that the effect of solidified rate on the removal of impurities is limited and the impurities can be removed effectively after more than two times directional solidification process.     

新型真空熔化定向凝固装置原理研究

对真空感应熔炼与双区加热结合在一起的定向凝固装置进行了可行性研究，并研制出了一套新型真空熔化定向凝固装置，该装置兼有熔炼和定向凝固的功能，熔炼好的合金液能自动底注到定向炉内的型壳中，定向凝固部分采用了先进了双区加热技术，定向凝固结晶生长速率能在很大范围内调节。     

合金熔剂精炼法制备太阳能级硅的研究进展

冶金法作为制备太阳能级硅的低成本技术,受到了光伏行业的广泛关注。其工艺主要包括酸洗、造渣、定向凝固、真空精炼、熔剂精炼等。其中,熔剂精炼由于操作温度低、杂质去除效率高,被视为最有可能实现大规模产业应用的低成本冶金技术之一。近年来,熔剂精炼法提纯太阳能级硅的研究发展迅速,科研工作者已经较系统地研究了Si-Al、Si-Sn、Si-Cu、Si-Fe、Si-Ca等不同合金熔剂体系杂质从硅中去除的行为和规律。综述了国内外学者利用不同合金体系去除冶金级硅中杂质的研究结果,特别关注了硅中杂质B、P的去除,同时也对熔剂精炼过程中熔剂金属与初晶硅的分离进行了概述。最后,指出了熔剂精炼提纯冶金级硅有待进一步深入研究的方向。     

多晶硅铸锭新工艺的研究

多晶硅定向凝固铸锭技术是多晶硅太阳能电池生产的关键技术之一。本文提出多晶硅铸锭新技术-（SRS）法,与传统工艺相比,SRS工艺提纯效果更明显,硅锭中间部分杂质含量更低,硅锭的少子寿命和电阻率更高且分布均匀,大大提高了硅料从硅锭到硅片的利用率。     

铝硅合金精炼提纯多晶硅的研究进展

采用高效节能、环境友好的冶金法提纯多晶硅是光伏产业发展的重要途径之一,具有很强的中国特色。该方法通常结合2个或2个以上冶金步骤实现工业硅的提纯,这些步骤包括湿法提纯、合金法提纯、定向凝固提纯、真空熔炼提纯等。合金法提纯具有操作温度低、设备实现简单、杂质去除效果好等优点,已成为研究的热点。概述了铝硅合金体系精炼提纯原理、提纯过程及提纯效果,总结了近年来采用该方法提纯多晶硅的研究进展,并对其发展进行了预测。     

Removal of phosphorus by the solidification refining with Si—Al melts

To discuss the possibility of phosphorus removal from silicon by the solidification refining with Si—Al melts, the distribution of phosphorus between solid silicon and the liquid Si—Al alloy at 1173—1373 K was investigated. In the present study, the distribution of phosphorus was examined by the temperature gradient zone melting method, where a phosphorus containing molten Si—Al zone was passed through a single crystalline silicon phase. The segregation ratio of phosphorus at its infinite dilution was obtained as 0.12 (1373 K), 0.085 (1273 K) and 0.061 (1173 K), respectively, and the solidification refining with the Si—Al melts was found to be effective for the removal of phosphorus at lower temperature.     

Removal of phosphorus by the solidification refining with Si–Al melts

To discuss the possibility of phosphorus removal from silicon by the solidification refining with Si–Al melts, the distribution of phosphorus between solid silicon and the liquid Si–Al alloy at 1173–1373 K was investigated. In the present study, the distribution of phosphorus was examined by the temperature gradient zone melting method, where a phosphorus containing molten Si–Al zone was passed through a single crystalline silicon phase. The segregation ratio of phosphorus at its infinite dilution was obtained as 0.12 (1373 K), 0.085 (1273 K) and 0.061 (1173 K), respectively, and the solidification refining with the Si–Al melts was found to be effective for the removal of phosphorus at lower temperature.     

复合定向凝固法制备多晶硅铸锭

采用复合定向凝固法制备多晶硅铸锭,在精炼和定向凝固过程中施加电磁场控制柱状晶生长过程.实验制得平行于铸锭中心轴的柱状晶,直径约为1mm,铸锭表面质量良好.分析表明金属杂质并未在晶界处发生聚集;且沿铸锭轴向分布也有明显改善,增加了铸锭的有效提纯长度.并通过理论计算探讨了晶体生长速度和定向凝固次数对杂质去除效果的影响.     

利用合金低温生长晶体硅的研究进展

基于光伏行业对低成本晶体硅材料的巨大需求,晶体硅低温生长技术逐渐受到人们的青睐。该技术是在低温下将硅与低熔点金属进行共熔化处理,结合液相外延、合金定向凝固等技术生长、制备晶体硅。首先阐述了晶体硅低温制备原理,并对其生长行为、受控因素和应用现状进行综述,指出了目前各自存在的问题与难点,最后对下一阶段晶体硅生长技术的研究重点和发展前景进行了展望。