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.     

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。     

高温熔盐的制备及实验研究

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,分析了工业应用的高温热载体,制备了NaCl、KCl和无水MgCl₂形成的新型高温熔盐,采用差示扫描量热法对混合熔盐热力学性质进行了测量,实验结果表明,高温熔盐具有较好的热稳定性,是一种理想的高温热载体.     

复合硅源制备SiO_2气凝胶及改性研究

以正硅酸乙酯(Tetraethyl orthosilicate,TEOS)为主要硅源,以三甲基氯硅烷(trimethyl chlorosilane,TMCS)和r-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane,KH560)作为改性硅源,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅(SiO_2)气凝胶。研究结果表明,改性后SiO_2气凝胶的接触角由27°提升至130°;在H_2O/TEOS摩尔比为5时,凝胶时间为3min;改性的SiO_2气凝胶为多孔结构,密度为0.22g/cm~3,孔隙率为89.9%,比表面积为870.42m~2/g,孔体积为1.38cm~3/g,平均孔径为48.6nm。     

硅钼蓝法测定水中二氧化硅实验条件的优化

在传统硅钼蓝分光光度法测定水中二氧化硅的基础上,研究了不同还原剂种类对硅钼蓝显色法的影响。通过比较,确定了抗坏血酸为最适宜的还原剂种类。通过优化实验条件,分别探讨了还原剂用量、酸度、显色时间对反应的影响,建立了新的标准曲线,其线性相关系数达到0.999 9。该方法的加标回收率为98.55%,相对标准偏差为0.67%,具有稳定和重现性好的特点,可对水中二氧化硅检测提供准确数据。     

高效除硅性能的改性膨润土制备工艺优化

以钠基膨润土为原料,通过添加铝盐为改性剂,制备出了一种新型高效绿液除硅剂,其硅吸附效率最高可达90%左右.并以竹浆绿液的硅吸附率和pH变化为标准,研究了该种改性膨润土的制备工艺.其最佳工艺条件为:钠基膨润土与铝盐的质量比为1∶4;添加顺序先将钠基膨润土与水混合,再加入铝盐,加水量为66mL/1g钠基膨润土;搅拌时间为2h,搅拌速率为1 200r/min;反应温度为室温,静置分离12h,105℃干燥,研磨,过200目筛.     

低电荷态类硅离子能级的解析计算

基于多电子精细结构哈密顿和不可约张量理论,在考虑电子间交换相互作用以及内外壳层电子的不同屏蔽效应的基础上,推导了中性硅原子和低电荷态类硅离子Z=14～17能级的非相对论和相对论修正项的解析表达式;分析了各相对论修正的贡献。所得结果与实验测量结果之间吻合程度较高。     

MgB_2超导薄膜的熔盐电解法制备研究

以熔盐电化学法在铜衬底上制备MgB2超导膜,通过对KCl-NaCl-MgCl2三元系相图和熔度图的分析,电解电压的计算,确定了前期实验的电解参数范围。在熔盐电解法制备MgB2膜的实验过程中,首先对电解设备进行改进,降低了实验难度;然后以KCl、NaCl、MgCl2、MgB2O4混合体系作为反应物,采用直流电源,在不同温度下在铜阴极衬底上,电解制备MgB2膜;最后,利用X射线衍射（XRD）分析样品的物相,利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）表征样品的结构及形貌。结果表明,成功在铜阴极衬底上,制备出了具有超导电性的MgB2,且最佳制备温度分别为601℃.     

一体化硅基复合膜的制备

以硅树脂和硅凝胶为原料,制备出一种多孔性的、一体化硅基复合膜．这种硅基复合膜的气体（对H2）渗透率为105～106Barrer,其H2／N2分离因子为3～4.13;Q2／N2分离因子为1～1．29．经过表面处理的硅基复合膜,其H2／N2最大可达16．15;OZ／N2可达5．32．这种复合膜适用于热工业气体的分离．     

低碳硅锰双相钢中合金元素锰的作用

本文分析了不同工艺条件下三种锰含量不同的低碳硅锰双相钢的组织性能。着重从热力学和动力学的角度研究了锰对双相组织形成的作用。根据实验结果的分析提出了可供实际应用的低碳硅锰双相钢成分及与之相应的热处理工艺参数。     

环境压力对硅纳米线及硅微米晶须生长的影响

用物理热蒸发法在不同环境压力下制备硅纳米线和硅微米晶须，借助扫描电子显微镜、X射线能谱分析和透射电子显微镜对不同环境压力下的硅纳米线及硅微米晶须的形貌、化学成分和晶体结构进行分析，研究了环境压力对硅纳米线和硅微米晶须生长的影响，结果表明：平行排列的硅纳米线和硅微米晶须生长的环境压力为13．3kPa；环境压力不但对硅纳米线和硅微米晶须直径产生影响，而且对其生长方向性有一定影响；硅微米晶须杆部出现等距离分布单晶硅颗粒，这是在高温退火过程中发生的球化作用所致。     

电解法腐蚀硅片过程中产生的晶态二氧化硅

本文用富里叶红外光谱及Ｘ射线衍射对在氢氟酸中电解硅片时形成的多孔硅膜进行了分析，发现除了硅以外，其中还有晶态的二氧化硅（鳞石英）存在，由此说明多孔硅表面的硅氧化合物并非都是样品制备后在在气中氧化造成的，它对多孔硅发光有很大的关系。     

二氧化硅在硅锰合金冶炼中的热力学行为

在长期冶炼硅锰合金实践的基础上 ,探讨了SiO2 还原过程的热力学行为 ;并提出了影响SiO2 还原的主要因素有 :炉渣碱度、炉温等。指出提高炉温、选择合适的炉渣碱度、减少石英基SiO2 的加入比例 ,可以促进其还原。     

碳化硅晶须增韧氮化硅瓷的冲蚀磨损研究

本文比较了几类先进结构陶瓷材料受ＳｉＣ和石英砂粒子在不同冲击角下的冲蚀磨损行为．结果表明，在两种情况下（一是以ＳｉＣ为冲蚀粒子，在小于２０°的低冲击角下；二是分别以石英砂和ＳｉＣ为冲蚀粒子，在恶劣冲击条件下，如冲击角为９０°），ＳｉＣｗ／Ｓｉ３Ｎ４即碳化硅晶须增韧氮化硅，具有最佳抗磨损性能．冲击角为９０°时，在ＳｉＣ粒子冲蚀下，ＳｉＣｗ／Ｓｉ３Ｎ４冲蚀磨损率比常规Ｓｉ３Ｎ４下降了５０％；在ＳｉＯ２粒子冲蚀下，冲蚀磨损率下降了近７０％．其它冲蚀角下其冲蚀磨损率也有不同程度降低．基于ＳＥＭ分析，发现ＳｉＣｗ／Ｓｉ３Ｎ４表面主要磨损破坏为薄片状剥落，并伴随着一定程度的晶须拔出和晶须桥联现象．而Ｓｉ３Ｎ４表面则表现为整体演裂．说明ＳｉＣｗ／Ｓｉ３Ｎ４晶须的加入使其耐冲蚀磨损性能提高的原因在于：晶须拔出和晶须桥联有效地阻止了冲蚀磨损表面裂纹的扩展和联结．硬度是陶瓷材料重要的机械性能．硬度（Ｈｒ）和断裂韧性（Ｋｌｃ）的同时改善，有助于提高陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能．     

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．     

电去离子(EDI)技术及其在高纯水生产中的应用

介绍了电去离子(EDI)技术在国内外的发展,对EDI设备的结构和工作原理进行了初步研究,对影响EDI设备产水水质的主要运行参数分别进行了讨论,并对EDI设备的优缺点以及该技术在高纯水生产中的应用情况作了介绍。     

非、单晶硅太阳能电池组件比功率发电量比较

为测试非晶硅和单晶硅太阳能电池组件的实际发电能力,设计了由电子模拟负载和直流安时计组成的发电量测量装置,对两种太阳能电池组件的发电量进行实验测试比较.提出比功率发电量这一物理量,直观表达太阳能电池组件的发电性能.实验表明,在晴天直射强光和阴雨天弱散射光环境下,非晶硅太阳能电池板的比功率发电量均大于单晶硅.     

液相水解法制备高纯石英粉体团聚状态的控制

采用多晶硅副产物SiCl4液相水解法制备高纯合成石英粉,通过激光粒度分析、SEM等研究了水解反应、干燥、高温煅烧过程中粉体颗粒团聚体的形成机理及控制技术,并利用XRD和IR分析了合成石英粉的结构形态及羟基含量。结果表明:在水解反应过程中,添加合适分散剂(如聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵)有助于防止水解产物SiO2颗粒的团聚;在干燥前,用去离子水洗涤水解产物多次后再用无水乙醇脱水,可减少干燥过程颗粒的团聚;干燥温度不宜过高,以水分易于均匀地排除即可;随着烧结温度的升高,粉体羟基含量逐渐减少,从1 250℃开始非晶态的SiO2颗粒逐步转变为α-方石英,在1 300℃时衍射峰形尖锐,但高温下SiO2颗粒之间形成了坚实的烧结颈,产生了硬团聚体,需粉磨和筛分以得到所需粒径的石英粉体。     

单晶硅氮化动力学

在1200°、1250°、及1300℃恒温氮化2小时热重分析基础上,根据气固相反应动力学原理,分析了单晶硅高温氮化动力学,提出了三段论的氮化动力学模型即化学反应控速—混合控速—扩散控速。用该模型处理实验数据,得到了令人满意的相关系数,并求出了P型(111)单晶硅氮化表观活化能及1200℃～1300℃单晶硅氮化时各阶段速度常数k与温度T的经验关系式。