冶金法制备太阳能级硅研究进展

由于具有比西门子法成本、能耗更低以及环境更友好等优点,冶金法提纯和制备太阳能级硅正成为全球光伏产业的研究热点.全面总结了国内外冶金法制备太阳能级硅的技术和研究现状,并通过本课题组在湿法浸出、真空氧化精炼、真空挥发、真空脱气和真空定向凝固精炼方面所取得研究成果,分析了冶金法提纯过程中面临的技术难题和亟待解决的关键问题,最后指出了今后冶金法制备太阳能级硅的研究和发展方向.     

冶金法制备太阳能级多晶硅的生命周期评价研究

运用生命周期评价(LCA)方法对冶金法制备太阳能级多晶硅的生产过程环境负荷进行了研究,得到了生产1 000 kg冶金法太阳能级多晶硅的具体环境负荷和1 kg冶金法太阳能级多晶硅的生命周期环境综合影响值.研究表明:生产1 000 kg冶金法太阳能级多晶硅的具体环境负荷为4 178 kg硅石、26 609 kg ce、149 552 kg CO_2、631.6 kg SO_2、352 kg粉尘、12.67 kg CFC-11(氟利昂)、0.161 2 m3填埋空间、57 416.9 kg非致癌有毒物;1 kg冶金法太阳能级多晶硅的生命周期环境综合影响值为31.91,其中最大的环境影响为全球变暖影响(GWP),占综合影响的67.4%;冶金法的主要环境负荷源于火电消耗,应该主要从减少生产过程中电力消耗的角度进行改善评价.     

多晶硅制备方法及太阳能电池发展现状

为了降低太阳能级多晶硅生产成本,从而降低太阳能电池制造成本,促进太阳能光伏产业的发展．介绍了目前世界上多晶硅的制备方法及其优缺点,论述了多晶硅及太阳能电池的制备工艺方法和发展现状．国内生产表明,采用改良的西门子工艺技术生产的多晶硅纯度不高．根据中国太阳能电池产业发展中的问题,提出了多晶硅生产技术的发展趋势,即怎样改良技术进一步提高多晶硅纯度．     

冶金方法在太阳能级多晶硅制造中的应用

多晶硅作为太阳能转换电能的基础材料,近年来受到广泛关注.本文综述了生产多晶硅的各种冶金方法,主要分析各种冶金方法的特点、发展趋势和可行性,并重点讨论了低成本生产太阳能级多晶硅的方法.     

定向凝固技术制备冶金法多晶硅的研究进展

冶金法多晶硅因其价格低廉、环境友好等优势逐渐成为制备硅基太阳能电池的主要原材料.定向凝固技术在多晶硅提纯和多晶硅晶体生长方面扮演着重要角色.本文主要综述近年来国内外采用定向凝固技术制备冶金法多晶硅的研究进展以及多晶硅铸锭缺陷等方面的研究,简要概述了近年来准单晶硅和高效多晶硅的研究进展.同时因其具有低成本、高转换效率的优势,二者都将是未来多晶硅的发展趋势.     

高纯多晶硅

上海航天技术研究院所属内蒙古神舟硅业有限责任公司作为专业从事多晶硅及下游产品,以及副产品研发、制造和销售的高新技术企业,采用改良西门子法（即闭环式三氯氢硅氢还原法）工艺技术,主要生产电子级高纯多晶硅（纯度在9N以上）和太阳能级高纯多晶硅（纯度在6N左右）。改良西门子法是目前生产多晶硅所采用的首选工艺。该工艺首先将氯和氢合成氯化氢,     

西门子还原炉热量传递研究进展

硅基太阳能电池是解决能源危机的主要新能源,其主要基础材料多晶硅的主要生产工艺是改良西门子法,但是与硅烷法、冶金法相比,高能耗和高生产成本是影响其在多晶硅市场竞争力的主要因素.本文首先对国内外多晶硅产业发展现状进行了总结和分析,然后论述了西门子还原炉热量传递现象和西门子还原炉内硅棒的热电行为的研究现状.结果表明:增大硅棒半径、增大硅棒数、降低反应器壁辐射率可进一步改良西门子法制备多晶硅过程降低能耗和成本.直流电加热硅棒时,容易产生硅棒中心熔硅,甚至由于热应力的作用发生倒棒现象.应用交流电加热可解决这一问题,这是因为交流电的趋肤效应可降低多晶硅中心温度.因此,需进一步开展多晶硅CVD还原炉内热量传递现象和工业化西门子还原炉内硅棒电加热过程的热电行为研究,以进一步降低改良西门子法制备多晶硅的生产能耗和成本.     

工业硅炉外吹气精炼除硼研究进展

冶金法太阳能级多晶硅技术具有能耗低、成本低和环境友好等特点,正逐步取代投资大、成本高的化学法而成为全球研究的热点.硼是工业硅中最难去除的非金属杂质之一,本文阐述了工业硅的生产过程和吹气炉外精炼除硼的原理,综述了国内外工业硅炉外氧气、湿氢、湿氧、湿二氧化碳以及吹气-熔渣联合精炼等工艺技术,并对本课题组湿氧精炼除硼的研究进行了重点介绍,分析了吹气精炼过程硅的损失问题,最后指出吹气-熔渣联合法是冶金法炉外精炼的发展方向.     

太阳能级硅粉在等离子体中纯化研究

给出了本研究中所采用工业硅的要求和太阳电池功率高达14%的P型硅材料中单一杂质的阀值。针对太阳能级硅的纯化要求和工业硅的特性,提出了等离子体对硅粒“刻蚀提纯”的新概念。增加鞘层厚度将使硅粉浸泡于高动能离子中的几率增加,钝化效应消失从而达到提高纯化速率的目的。所研制的新型纯化系统能够满足硅粒自旋、长沉降时间和重复纯化的条件,所给出的工艺参数能满足鞘层宽、离子浓度高的要求。实验结果显示这种新的提纯方法可望用于太阳能级硅的制备。     

150Mn20Al10奥氏体基低密度钢的流动海水腐蚀性能研究

针对奥氏体基低密度钢在真空感应熔炼中极易出现的晶粒长大等缺陷对其腐蚀性能产生不利的影响,以真空感应熔炼奥氏体基低密度钢150Mn20Al10(20%Mn,10%Al和1.5%C,质量分数)为研究对象,采用电渣重熔对感应熔炼铸坯进行重熔,并对电渣重熔前后的铸坯进行锻造。采用正交试验方案对真空感应熔炼锻棒、真空感应熔炼锻板和电渣重熔锻板3种试样进行海水模拟腐蚀试验,研究海水流速、腐蚀时间、pH和生产工艺等因素对钢150Mn20Al10海水腐蚀增重的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对钢150Mn20Al10的宏微观形貌、组织结构及腐蚀产物进行表征分析。结果表明：影响真空感应熔炼锻棒、真空感应熔炼锻板和电渣重熔锻板腐蚀增重的主次因素为流速>时间>pH>生产工艺;相同海水流速条件下,电渣重熔锻板表面存在较多的Al₂O₃,Fe₃O₄等产物,耐蚀性能优于真空感应熔炼锻棒和锻板;3种试样均以均匀腐蚀为主,局部发生少量的点蚀,电渣重熔锻板在流动...     

益阳市典型天气条件下3种硅太阳能电池的光电效率测试比较

测试了益阳市4种典型天气（晴天、少云、多云、阴雨）条件下的太阳能单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池的性能参数,比较了3种太阳能电池的光电转换效率,测试结果表明：在晴天和少云的天气下,单晶硅太阳能电池效率最高,约为10.0%左右,多晶硅电池次之,为9.0%左右,非晶硅电池的光电效率最低,为4.5%左右,随着云层的增厚,单晶硅、多晶硅电池光电效率下降,而非晶硅薄膜电池光电效率略有上升,该测试结果对长江中游地区应用太阳能光伏系统具有一定的参考价值.     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

太阳能电池研究和发展现状

总结了单晶硅、多晶硅、非晶硅、CuInSe2,CdTe,GaAs等太阳能电池的结构，性能指标等，介绍了我国和其它一些国家太阳能电池的发展状况。     

多晶硅产业对环境的污染初探

多晶硅是太阳能电池材料之一,具有比较高的光电转换效率,但多晶硅产业的发展也导致环境污染的产生。本文主要从多晶硅太阳电池生产环节前期工序（硅提纯）和中期工序（清洁制绒、扩散制结、刻蚀清洁、化学气相沉积PECVD、丝网印刷、电极烧结）中所产生的污染进行论述。     

316L不锈钢的高压增氮与脱氧研究

采用真空/高压感应炉在0.1~1.0 MPa高纯氮气氛下熔炼316L不锈钢,分析了氮的溶解度与氮分压之间的关系。氮在316L不锈钢中的溶解服从Sievert定律。采用热力学数据预测了不同氮分压下316L不锈钢中氮的溶解度,计算结果表明,预测值与实验值相吻合。采用铝、硅钙以及二者混合进行脱氧,总氧含量可以达到20×10-4%以下,提出了制备低氧高氮316L不锈钢的实验条件。     

多晶硅太阳能电池材料性能的光致发光实验研究

报道了多晶硅太阳能电池材料的光致发光研究实验结果，给出了多晶硅样品光发光相对强度的二维扫描记录和晶粒边界附近相对发光强度及相差变化的实验曲线。     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

含氮马氏体不锈钢氮含量控制的研究

主要研究了真空感应炉中的氮气分压对马氏体不锈钢含氮量的影响.采用气体保护在真空感应炉中加入氮化物与母材混合进行熔炼的方法，通过氩气、氮气、氩气和氮气混合气体分别作保护气体对马氏体不锈钢中氮元素收得率研究发现：提高马氏体不锈钢中含氮量的决定因素是氮元素的化学势(即炉内的氮气分压)而不是炉内的气体压力，从而推导出氮气分压和不锈钢熔体中氮的溶解度经验公式，计算值与实测值基本吻合，为制备含氮马氏体不锈钢控制氮含量提供理论依据.