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.     

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,     

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.     

传统硅烷分解炉内分解过程的模拟

基于硅烷热分解的总体反应模型,利用Fluent软件模拟了钟罩式硅烷分解炉内同时发生的传热、传质和热化学反应过程.模拟结果定量地表述了传统硅烷分解炉内发生的各个过程,借此探讨了分解炉内的气压、硅棒温度和硅烷流量等工艺条件对硅烷热分解沉积硅转化率及能耗等技术指标的影响.指出硅棒温度为700～800℃,炉内压力升高至0.3 MPa时,有利于提高硅烷分解率,抑制硅粉的产生和降低能耗.     

降低36对棒还原炉电气设备故障率的研究

该研究主要针对36对棒还原炉电气设备在运行过程中出现的故障进行分析研究,并针对前期出现的5大类故障采取相应的改进措施,通过相关研究、改进,将设备故障率进一步降低,保障还原炉电气设备正常运行。     

真空感应熔炼工艺在太阳能级多晶硅制备中的应用探索

为了探讨真空感应熔炼工艺在冶金物理法制备太阳能级多晶硅生产中的应用效果,利用真空熔炼设备,对硅料在不同真空度条件下进行制备试验,对比试验前后原料和成品中的P元素以及几种金属元素的化验结果可知,在冶金物理法制备太阳能级多晶硅中真空感应熔炼工艺完全可以起到降低杂质含量,提高硅晶体纯度的作用．     

粉煤灰制备铝硅基合金的研究进展

将粉煤灰的应用向高附加值的精细化工和冶金领域发展成为了研究的热点.以粉煤灰为原料或原料之一制备铝硅基合金,不仅有利于解决当前由粉煤灰所带来一系列的严峻的环境问题,同时也实现了粉煤灰高附加值利用,具有广阔的应用推广前景.文章详细介绍了近年来粉煤灰在制备铝硅合金、铝硅铁合金以及其他铝硅基合金中的应用.结果表明:以粉煤灰为原料制备各种牌号的铝硅基合金,矿热炉法是主要制备方法.其中,矿热炉法制备铝硅合金尽管比电解法、兑掺法具有不可比拟的优势,但其对原料成分要求较高,适应范围十分有限,因此难以实现大规模产业化;矿热炉法制备硅铝铁合金,对原料及产品的要求相对宽松,反应温度较低,能耗降低,成本较低,有望在水电充足的地区实现大规模生产;而对于粉煤灰中锰、钛、镁、钡等含量较高的原料,采用矿热炉法制备硅铝明、铝硅锰铁钛合金等其他铝硅基合金,将大幅降低生产成本,有一定的发展前景.此外,本文还结合作者在粉煤灰综合利用方面的研究成果,提出了粉煤灰综合利用的新思路,对该领域的研究具有一定的参考价值.     

CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器阵列研究

通过设计2种不同微机械热电堆红外探测器阵列结构,对微机械热电堆红外探测器阵列性能进行研究.阵列器件采用二维的面阵列结构,单元探测器分别以串联和并联2种方式分别组成阵列,微机械热电堆的热电偶材料采用N型多晶硅和铝,结构支撑膜为氧化硅-氮化硅-氧化硅复合介质膜,悬浮绝热结构通过前端XeF2干法各向同性硅腐蚀工艺制作.采用XeF2干法工艺对器件进行最终释放,器件成品率得到了很大的提高;热电堆的材料及制造工艺都与标准CMOS技术完全兼容,降低了器件的制作成本,并且能够适用于器件的批量生产.试验结果表明:并联方式的阵列可以实现红外探测并行扫描的功能,串联的阵列则可以进一步提高红外探测器的输出电压及探测率,但不能提高器件的响应率.     

原油管道输送过程的热分析

由热量传递关系导出了原油管输过程不同性质热量计算公式,研究了输送过程原油损失热、释放热、油流摩擦热及其组成比例与输量或输送速度的关系.结果表明,油流摩擦热并非为输量增大后吨油输送耗热量降低的唯一原因,原油管中通过时间的缩短降低了输送过程单位质量沿线损失热.通过时间缩短且同时摩擦热增大的共同影响是输量增加后热经济性明显提高的主要原因.管道总损失热则与单位质量情况不完全相同,它取决于散热环境和油地温差,优化加热方案并使油地温差维持在合理水平,也可使总损失热随输量增大而有所降低.     

土壤-维热湿传递实验研究与数值模拟

为了研究土壤中温度的变化对其水分迁移的影响,建立了土柱热湿传递实验装置,通过该实验装置测量出了土壤中温度与水分沿土柱长度方向的分布.实验结果表明,土壤中热量传递十分缓慢,近加热端处温度梯度大,且土壤传热过程中伴随着水分迁移;将水分传递分布沿土柱方向划分为3个区段,其中第一个区段水分传递的动力为温差.由于温差影响土水势导致加热端土壤的水分扩散,使得加热端土壤变得干燥.热阻增大,从而影响热量传递.进而影响了土壤中的温度分布.此外,将实验结果与由Philip水分通量方程的一维热湿传递模型计算结果进行了对比,二者差别较大.由此分析了两者误差存在的原冈,指出由于模型自身的不足是造成误差的主要原因.     

硅掺杂对PTC陶瓷相组成、微结构及性能的影响

采用固相法制备了不同硅掺杂量的BaTiO3基PTC陶瓷,研究了硅掺杂量和Ba2TiSi2O8第二相对PTC陶瓷电性能以及微观结构的影响,并分别以XRD和SEM对样品的相组成和显微结构进行了研究.结果表明,少量硅的加入降低了室温电阻率;硅的加入有利于传质和限制晶界移动;当硅掺杂量不大于0.5 mol％时,样品的电阻-温度系数和升阻比都随着硅掺杂量的增加而增大;硅不单是烧结助剂,而且它可以改变晶界相组成.当硅浓度超过0.5 mol％时,样品出现Ba2TiSi2O8第二相.随着硅的浓度进一步加大,Ba2TiSi2O8第二相增多,电阻率逐渐增大,电阻一温度系数减小,但升阻比却增大.Ba2TiSi2O8第二相的出现,导致样品的PTC效应出现缓变的现象.     

Sol-Gel法制备非晶态SiO2玻璃光纤预制棒“干胶”工艺研究

为采用Sol-Gel法制备低廉的SiO2光纤预制棒芯棒,讨论了以正硅酸乙酯为硅源,乙醇和水的混合物为溶剂,盐酸和甲酰胺为添加剂,用Sol-Gel法制备非晶态SiO2干胶的制备工艺.用XRD衍射仪等进行测试,结果表明,干胶的显微结构为SiO2非晶态,主要化学成分是Si和O.同时探讨了添加剂、热处理温度等制备工艺对生成的非晶态SiO2光纤预制棒"干胶"性能的影响.实验表明,溶胶加热温度在90℃、凝胶热处理温度为110℃、溶液配比为正硅酸乙酯:乙醇:水=1:4:8、加入适量的盐酸和甲酰胺,SiO2干胶透明度、纯度和减少裂纹扩展情况最佳.     

热电元侧棱设计对热电器件性能影响

热电发电器件(thermoelectric generators, TEGs) 具有体积小、质量轻、无传动部件、无污染、可靠性高等优点。然而, 目前TEGs 的输出功率仍然较低。利用有限元方法研究了不同侧棱设计热电元对TEGs 的输出功率和转换效率的影响。并进一步研究不同侧棱设计的台状和倒台状热电元对TEGs 输出功率和转换效率的影响。结果表明, 柱状热电元的热电器件的输出功率高于梯台状热电元热电器件的输出功率, 但其转换效率却低于后者, 这是因为热量在梯台状热电元内部进行横向传导, 导致热量损失。热电元棱数增加后, 热电器件的输出功率有所提高, 这是因为热电元的棱数增加会降低热量横向传导所引起的损失。而这棱数增加提升热电器件输出功率的现象在热电元下上底面积差异较大时更明显。     

熔融还原水模实验研究

通过铁浴式熔融还原炉的水模型,实验研究了底吹流量、顶枪流量和顶枪枪位对终还原炉熔池内混匀时间的影响.单底吹实验结果表明,熔池内的混匀时间随着底吹流量的增大呈现减小趋势,通道2和3所处的位置为熔池的不活跃区域,b位置处的混匀时间最长,随着底吹流量的增大,b位置处通道1的混匀时间减小,而通道2和3的混匀时间都增大.顶底复吹实验结果表明,熔池内各测点位置处的混匀时间随着底吹流量的增大而减小,随着顶枪流量的增大大部分都减小,而随着顶枪枪位的提高而减小,这些实验数据和现象为水油实验提供了很重要的数据依据.     

原油管道输送过程的热分析

由热量传递关系导出了原油管输过程不同性质热量计算公式,研究了输送过程原油损失热、释放热、油流摩擦热及其组成比例与输量或输送速度的关系。结果表明,油流摩擦热并非为输量增大后吨油输送耗热量降低的唯一原因,原油管中通过时间的缩短降低了输送过程单位质量沿线损失热。通过时间缩短且同时摩擦热增大的共同影响是输量增加后热经济性明显提高的主要原因。管道总损失热则与单位质量情况不完全相同,它取决于散热环境和油地温差,优化加热方案并使油地温差维持在合理水平,也可使总损失热随输量增大而有所降低。     

土壤一维热湿传递实验研究与数值模拟

为了研究土壤中温度的变化对其水分迁移的影响,建立了土柱热湿传递实验装置,通过该实验装置测量出了土壤中温度与水分沿土柱长度方向的分布．实验结果表明,土壤中热量传递十分缓慢,近加热端处温度梯度大,且土壤传热过程中伴随着水分迁移;将水分传递分布沿土柱方向划分为3个区段,其中第一个区段水分传递的动力为温差,由于温差影响土水势导致加热端土壤的水分扩散,使得加热端土壤变得干燥,热阻增大,从而影响热量传递,进而影响了土壤中的温度分布．此外,将实验结果与由Philip水分通量方程的一维热湿传递模型计算结果进行了对比,二者差别较大．由此分析了两者误差存在的原因,指出由于模型自身的不足是造成误差的主要原因．     

超快激光加热薄膜的格子玻尔兹曼模拟

超快激光加热技术已广泛用于微/纳米器件中,传统的傅立叶导热定律不能有效地描述超快速和超小尺寸的传热问题,因此研究超快激光加热纳米尺度薄膜的传热过程,对微/纳米器件中散热器制造具有重要的理论意义。文章采用格子玻尔兹曼方法(LBM)数值模拟激光加热薄膜的热传导过程,并与傅立叶定律获得的结果进行比较分析。结果表明:在系统特征尺度和分子平均自由程相当的过渡区,LBM结果中当薄膜受到激光扰动后其内部的热量传递会出现波状行为,但傅立叶定律的结果却无法展示这一现象;利用LBM数值模拟激光加热硅薄膜的一维导热问题,发现克努森数对薄膜内无量纲能量密度的分布具有重要的影响;当利用超快激光对加热硅薄膜的2个表面同时加热时,会产生2组沿相反方向传播的热波,当其交汇时,彼此的碰撞会引发能量的显著提升。     

冷热原油交替顺序输送优化模型研究

冷热原油交替顺序输送总能耗费用主要包括加热炉的燃料费用和输油泵的动力费用.在保证安全输油任务的前提下,如何使输油总能耗达到最小对于降低企业输油成本具有非常重要的意义.以输油总能耗最小为目标函数,建立冷热原油交替顺序输送优化模型.模型中将顺序输送分为4个时间阶段:冷油头加热非稳态阶段、冷油不加热准稳态阶段、冷油尾加热非稳态阶段和热油加热准稳态阶段.两个准稳态输送阶段采用两层嵌套法来求解,两个非稳态阶段采用两层嵌套法和满足高凝油油头(油尾)进站温度相结合的方法优选输油方案.结合工程实际给出冷热原油交替顺序输送优选算例,研究成果可为制定冷热油交替输送经济运行方案提供依据.     

新型快速燃气铝棒加热炉的设计研究

为了降低铝加工行业的能耗,设计研究了新型的快速燃气铝棒加热炉.与传统炉型相比,可加热棒径、棒长不同的铝棒,适合小批量,多品种的生产方式.铝棒表面质量好,适用于高精度铝材的加工.预加热时间短,仅为30min～40min;热效率大大提高.采用热源与炉体分离的方式,使用天然气为燃料,更换燃烧器即可使用其它燃料.将加热铝棒后的烟气回收至热源,既缩短了烟气加热时间,又利用了余热,达到节能的目的.