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     电子束熔炼c太m能级#;杂质 1、介绍目前^阳能缵多晶硅的制鲁仍U改良西门于和硅烷注为主要的制备技术,担其存在能耗 高、污染重等问题.新技展起来的冶金法是种能耗低、污染小的太阳能级多晶硅的制各T 艺.该方法虽然产品质晕不如改良西门予洼以及酵烷注,但足以满足太田能级多晶酵的要求【“。存冶盘注制备太阳能级多晶硅的过程中金属元票可以垣过多饮定向凝固去除,但对非金属元 紊P无注有效土除,本文采用自行设订的电于束熔炼炉对上业硅进行提纯。探讨电子柬熔炼列硅中杂质的上除效果。
    2、实验方法
    在进行实验之前粟用丙酮清洗实验用坩埚.然后用硅料进行熔炼清洗后进行宴验.实验的参数如表1所示。表J电子束熔炼试粤盆参数 熔炼时问TI(T2<I"3 熔炼功事(KW) 熔炼窜真卒度(Pa) 电于枪真空度(Pa)
    30kw 3-5×10
   
    1.3×100
    实验完成后待硅料在坩埚中完全冷却后,打开设备开启门,取出宴验后硅链,其外观照H如图I所示。图I中左图为电亍束熔炼后表面,右图为电予束熔炼底部。
    9口
    囝I电子柬熔炼后硅锭照片
    3、实验结果及讨论
    *#-寅§{1Ⅱ-教授,{?要M事}&n提&方面*R,F,mail…Ⅵ104holmail∞m
    张家港2009.10.23.26第三届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会
    采用相同的熔炼功率,不同的熔炼时间对硅料进行熔炼,研究熔炼时间对杂质元素去除效果的影响。实验过程中分别采用熔炼时间为Tl、12、B,通过观察窗看到硅料全部融化 时开始计时。对实验结果进行检测分析,结果如图2所示。
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    a)熔炼时间对AI、Ca影响 图2熔炼时间对杂质去除效果的影响
    b)熔炼时间对P影响
    图2(a)为杂质元素AI、Ca随时间变化的影响,由图中可以看出随熔炼时间的增加,去除效果越好。图2(b)为杂质元素P随熔炼时间的变化规律,由图中可以看出P含量随熔炼时间
    的增加几乎呈线性减少。以A1为例,蒸发速度:吼,=4.37x10-3 x巴,
    式中只,为熔硅中磷的偏压,由于Si中AI的含量很低,可以近似认为是无限稀溶液,在
    其蒸发过程满足亨利定律,可以得到其蒸发率与温度的关系翻,
    c_.o。t=4.37x10-3×已悸bq
    其中口为凝聚系数,y。活度系数,C为其组元的浓度,对于硅中杂质AI无限稀溶液凝聚系数口通常取1,y。是关于温度T的函数,
    lgy;,(,)螂=一丁1570+o.236。带入可得硅的
    蒸发速度。可见在温度一定的情况下,蒸发速度是定值,熔炼时间越长,对去除效果越好,与实验相符合。
    4实验结论
    (1)电子束熔炼对硅中的杂质都去除效果,对P、A1、Ca效果明显,通过适当的工艺可将P元素降低至lppm以下: (2)在相同温度下,杂质的蒸发系数是常数,增加熔炼时间有利于杂质元素的去除。 参考文献: 【l】杨金焕,邹乾林,谈蓓月等.各国光伏路线图与光伏发电的进展.光伏与工程,2007:51—54.
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    电子束熔炼时间对多晶硅杂质去除效果研究
    作者: 作者单位: 谭毅, 姜大川, 徐云飞,董伟, 王强, 彭旭 大连理工大学材料学院,大连,116023
    相似文献(2) 1.学位论文 马晓东 冶金法去除工业硅中杂质的研究 2009
    传统能源的逐渐消耗和环境的污染问题,让人们意识到新能源开发与利用的重要性。光伏能源具有清洁环保、安全便捷、资源充足等优点,被认为是21世纪最重要的新能源。在世界各国的政策扶持下,光伏产业得到了迅速发展,然而作为光伏产业基石的太阳能级硅材料出现供不应求的局面,成为光伏产业发展的瓶颈。与传统的改良西门子法和硅烷法等化学方法相比,冶金法制备太阳能级多晶硅具有成本低、能耗小等优点,它是一种有效降低生 产成本、专门定位于太阳能级多晶硅的生产方法,可以满足光伏产业的迅速发展。本文制定了冶金法提纯工业硅的工艺路线,并利用自行设计的酸洗设备、真空感应熔炼与定向凝固炉和电子束熔炼与定向凝固炉对工业硅进行了中 试规模的提纯研究。首先确定了单种酸洗条件下的酸洗参数,并提出超声波作用下的酸洗工艺,酸洗后金属杂质的总去除率可达88.9%。采用热交换和 Bridgman相结合的定向凝固方法制备了柱状晶组织粗大的多晶硅铸锭,分析并计算了铸锭中金属杂质的含量分布;降低拉锭速度和水冷底座的冷却强度有助于定向凝固去除金属杂质。电子束熔炼对工业硅中PAlCaMnZn等高蒸气压杂质的去除有显著的效果,研究了熔池中杂质的分布和去除规律。通过上述工艺路线提纯后,多晶硅铸锭中局部位置Al杂质的含量可由2710ppmw降低到0.4ppmwFe杂质的含量可由2340ppmw降低到<0.1ppmwCa杂 质的含量可由576ppmw降低到<0.1ppmwTi杂质的含量可由198ppmw降低到<0.1ppmwMn杂质的含量可由125ppmw降低到<0.1ppmwCu杂质的含量可由 27ppmw降低到<0.1ppmwZn*杂质的含量可由0.6ppmw降低到<0.1ppmwP杂质的含量可由26ppmw降低到1.5ppmw,基本满足太阳能级硅材料的要求。
    2.学位论文 徐云飞 冶金法制备太阳能级多晶硅工艺研究 2007
    近年来,全球能源的日益紧张导致可再生能源的快速发展,其中光伏产业发展尤为迅速,导致了太阳能电池原料——多晶硅的严重短缺,这个问题严重制约着我国光伏产业的发展,目前国内许多太阳能电池厂家处于半停产状态,无原料可生产,另一方面我国多晶硅原料几乎全部靠进口,国外厂家 哄抬原料价格,使多晶硅的价格一路攀升至300美元/公斤,导致国内生产厂家只能赚取微薄的加工利润。 太阳能级多晶硅制备的主流技术有改良西门子技术和硅烷法,但都被国外厂家垄断,他们既不合资也不合作,导致我国原料生产这块严重受制于人,到目前为止其核心技术我国仍然没有完全掌握。发展新的太阳能级多晶硅制备工艺是解决我国多晶硅产业问题的唯一出路,冶金法制备太阳能级多晶 硅具有成本低、污染小等优点,但存在工艺不成熟等问题,因此开发良好的熔炼工艺具有重要意义。本研究采用自行设计的真空熔炼炉、电子束熔炼炉对工业硅进行提纯探究,研究不同的真空状态、保温时间、熔炼功率等熔炼参数对各种杂质元素 的去除效果的影响,通过以上研究主要获得以下主要结果:真空熔炼对工业硅中的CaAlP有很好的去除效果,但杂质元素在硅锭上分布不均匀,中间部位成分较好,熔炼保温温度越高、保温时间越长对杂 质的去除效果越好,采用Ar气保护有利于杂质元素的去除,而且可以减少硅料的挥发,但不利于保温,增加能耗。通过适当的工艺可以将杂质元素P的含 量降低至3ppm,将Ca元素的含量降低至1ppm以下; 电子束熔炼熔炼后金属杂质在硅锭上分布不均匀,会向表面聚集,非金属元素分布十分均匀,不存在偏析等现象。电子束熔炼对杂质元素Fe的去除 效臬不明显,但对CaAlPB都有很好的效果,增大熔炼功率、增加熔炼时间有利于杂质元素的去除,同时适当的工艺可以将CaPB三种杂质元素 降低至1ppm以下,达到太阳能级硅料的要求; 通过这些研究表明真空熔炼以及电子束熔炼是提纯硅材料的有效方法,采用合适的工艺可以获得良好的效果,再辅助以定向凝固可以将金属杂质进一步去除,满足太阳能级硅材料的要求

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