冶金法制备太阳能级多晶硅新工艺原理及研究进展

随着光伏市场需求不断增加,能满足光伏电池技术经济指标要求的硅材料出现严重短缺,冶金法制备太阳能级多晶硅新工艺技术由于其能耗低、成本低,越来越受到国内外的广泛重视,成为研究开发的热点.综述了近年来国内外有关冶金法提纯冶金级硅至太阳能级硅的各种工艺路线的原理及成果,并进行了比较分析,展望了其应用前景.     

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).     

电子束熔炼制备太阳能级多晶硅的研究现状与发展趋势

电子束熔炼具有高能量密度、高真空度等优点, 能够有效地去除硅中的挥发性杂质, 使其在制备太阳能级多晶硅材料方面具有巨大的优势和广阔的应用前景, 目前已经实现了产业化应用, 成为冶金法制备太阳能级硅材料的关键环节之一。本文在阐述挥发性杂质去除的热力学原理的基础上, 对其去除效果和去除机制进行了总结。同时, 针对电子束熔炼技术目前存在的问题, 结合作者在这些方面的探索, 从数值模拟、节能型熔炼方式以及与定向凝固技术的耦合等角度对现阶段的研究重点进行了综述, 并对其未来的发展趋势进行了展望。     

工业硅生产和冶金法太阳能级多晶硅的制取

硅业是个有着复杂产业链的行业。工业硅产业是整个硅产业链的源头和基础产业。多晶硅及光伏产业是近年发来展最快,最具发展前景的产业。工业硅产业和多晶硅及光伏产业是同属于硅产业链的上下游产品行业,在数量和质量间制约紧密。     

冶金法太阳能级多晶硅产业技术进展与展望

随着光伏发电成本不断降低,太阳电池的产量和应用量越来越大,对太阳能级多晶硅的需求与日俱增。目前,太阳能多晶硅原料绝大多数都采用西门子法生产,即以金属硅为原料,加盐酸反应生成三氯氢硅,再经气化精馏提纯得到纯度较高的三氯氢硅,最后加入氢气还原得到高纯硅。通常,这种方法生产的多晶硅纯度可达9N(即99.9999999%)以上。原先,西门子法多晶硅主要用于制作半导体器件,光伏应用发展起来后,又逐渐成为制作太阳电池所需太阳能级多晶硅的主要生产工艺。不过,太阳能级多晶硅的最佳纯度应是6N,纯度在7N以上的多晶硅电阻率过高(通常在100～1000Ω·cm以上,而太阳能     

冶金法制备太阳能级多晶硅研究现状及发展趋势

冶金法是我国走出硅原料依赖,发展低成本、环境友好的太阳能级多晶硅制备技术的必经之路,冶金法自诞生以来在世界范围内经历了三次研究高潮,第三次正是在以我国科研和产业工作者为主导和推动下发展的,并形成了大量有益的科学结论和实践经验。本文从冶金法的界定开始,详细分析了冶金法提纯的理论基础,饱和蒸汽压机理、偏析机理和氧化性差异机理,介绍了以上机理所衍生出的技术方法及进展,并对冶金法的发展前景进行了展望。     

真空感应熔炼和定向凝固制备多晶硅中铝的除杂

用真空感应熔炼和定向凝固法制备多晶硅,通过成分测定和理论计算研究了铝杂质的除杂机理。结果表明,在真空熔炼保温阶段(T≥1723 K),硅中的铝杂质明显蒸发;在随后的定向凝固过程中,铝杂质的分凝偏析是主要的,但仍有部分铝蒸发。建立了一个包括铝分凝和蒸发机制的新模型,模拟铝在硅中的分布曲线。模拟结果与铝在硅中的实际分布符合得很好。     

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%。     

太阳能级多晶硅冶金制备技术的研究进展

随着光伏市场需求不断增加,满足光伏电池技术经济指标要求的硅材料出现严重短缺,低成本提纯冶金硅至太阳能级硅的工艺技术越来越受到广泛重视.分析了国内外光伏产业的发展现状和趋势,重点介绍了冶金法提纯太阳能级硅工艺中的湿法精炼、定向凝固、真空熔炼、造渣法、电子束精炼和离子束精炼等常用技术的原理与研究现状,并进行了比较分析,展望了应用前景.     

精炼法提纯冶金硅至太阳能级硅的研究进展

随着光伏市场需求不断增加,满足光伏电池技术经济指标要求的硅材料出现严重短缺,低成本提纯冶金硅至太阳能级硅工艺技术越来越受到广泛重视,成为研究开发热点.综述了近年来国外有关基于定向凝固原理开发的精炼法提纯冶金硅至太阳能级硅的技术成果,并进行了比较分析,展望了应用前景.     

电子束熔炼多晶硅对杂质铝去除机制研究

采用电子束熔炼方式,利用铝的蒸发系数较大的特点通过蒸发去除硅中的杂质铝。将实验的实测值与理论计算的蒸发量、损失量等加以比较,得到了铝在电子束下的蒸发去除速率由其在硅中扩散过程所决定的结论,并对铝的去除量与硅的损失量之间关系进行分析。     

电子束束流密度对冶金硅中杂质磷的影响

采用电子束设备对多晶硅进行熔炼,设计熔炼功率和时间相同、降束时间不同的三组实验,评价硅中杂质磷在熔炼及凝固过程中的去除效果。根据熔炼后硅锭的杂质分布特点推导出表征硅中杂质磷的去除率公式,经计算得到去除率为80%以上,并由磷的蒸发方程计算出在本实验中当电子束熔炼多晶硅锭的束流密度在235mA之上时,硅中的磷都可以被蒸发去除。     

冶金级硅氧化精炼提纯制备太阳能级硅研究进展

综述了目前冶金级硅氧化精炼制备太阳能级硅的研究进展,详细介绍了熔渣精炼、吹气氧化精炼和热等离子体精炼的方法和装置以及杂质的去除效果。研究发现:上述氧化精炼方法对硅中杂质元素Al、Ca、Cu、B、P等具有很好的去除效果;熔渣和吹气氧化精炼对Fe不明显,须借助于定向凝固方法才能彻底的去除;吹气氧化精炼和等离子体精炼对硅中B的去除效果十分明显,可使其降低至0.1ppmw以下,这为当前冶金法提纯制备太阳能级硅在技术和工艺上提供了很好的思路;通过氧化精炼,硅中杂质元素完全可以达到太阳能级硅的要求。本文提出,吹气氧化精炼(或等离子体精炼)与定向凝固精炼联合使用并形成规模化和连续化精炼装置是加快我国太阳能级硅产业化进程最切实可行的办法和措施。     

电子束熔炼冶金级硅除铝研究

采用电子束熔炼工艺提纯了冶金级硅材料。硅中重要杂质元素Al在制备铸锭中的分布不均匀,呈现出由底部到顶部、由边缘到中心的富集趋势。铸锭边缘部位的杂质Al含量最低,已经低于ICP-AES的探测极限(1×10~(-5)%)。对杂质Al的挥发去除过程进行了理论分析。由Langmuir方程和Henry定律导出了杂质Al的去除率与熔体表面温度、熔炼时间的关系式,该关系式表明杂质Al的去除率会随着熔体表面温度升高、熔炼时间延长而增加,其理论计算值与实测结果符合的较好。     

冶金级硅料在高温处理中的金属杂质表面偏聚

实验研究了经酸洗除杂的冶金级硅粉在空气中进行高温处理以再次造成表面杂质偏聚,然后继以二次酸洗去吸附除杂的方法。结果表明这种方法因其硅粉表面形成的硅氧化物进一步提高了金属杂质表面扩散偏聚的能力,比保护气氛条件下的高温处理有更好的偏聚效果,二次酸洗后金属杂质含量进一步降低。     

熔盐电解-区域熔炼法制备太阳能级硅的工艺研究

以高纯石英为原料,石墨坩埚和钨为电极材料,在CaCl2-LiCl混合熔盐(摩尔比9∶1)中电解制备Ca-Si合金,经区域熔炼提纯制得太阳能级硅(SG-Si)。用XRD,SEM和ICP-MS对电解合金及提纯后产物进行表征和含量分析。结果表明:在电解槽电压2.6V、温度850℃的条件下,产物为Ca-Si合金。经过两次区域熔炼提纯后,硅锭85%以上的区域纯度接近99.9999%,符合SG-Si的要求。