等离子体辅助烟煤气化外文文献

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1、太阳能多晶硅的制备生产工艺综述摘要：太阳能用多晶硅来自石英矿或者硅石矿，进行冶炼得到金属硅．然后将金属硅提纯到太阳能多晶硅。太阳能多晶硅是制备太阳能电池的重要原料．依照自然界中硅石到太阳能多晶硅的生产过程为线索，介绍当前国内外光伏行业生产太能多晶硅的工艺现状，并对各工艺详情作一个综述．关键词：太阳能；金属硅：多晶硅；产工艺引言目前，全球能源行业正面临着一次能源的枯竭与环境保护的双重压力。积极发展可再生能源已成为世界共识，尤其是目前处于金融危机的经济背景下，以“低碳”为特征的“绿色新政”思想已经成为促进经济复苏的共识，对太阳

2、能产业的重视和太阳能的开发利用已成为必然趋势。必然导致作为将太阳能转换为电能的基本材料一太阳能级硅的需求量急剧增加，同时也导致了太阳能级硅的生产工艺的变革，即由以传统的化学法(西门子改进西门子法)逐渐到物理冶金法，生产技术朝着绿色环保(无氯)、低能耗的方向发展[1-7]。作者从金属硅的冶炼入手综述太阳能级硅生产工艺和精炼常用方法，以便为我国多晶硅产业提供一些参考。1.太阳能多晶硅的生产工艺金属硅，是采用石英矿与碳在高温下进行还原得到的。石英矿，也称为硅石矿，主要成分是二氧化硅。碳是作为还原剂将硅从二氧化硅中还原出来的，通常

3、可选用焦碳、木炭、精煤和石油焦等。将石英矿石破碎到合适的大小，与碳还原剂按大约3：l的比例均匀混合放入矿热炉内，通电产生电弧，将硅石熔化，使之在高温下与碳进行还原反应：Si02+2C→Si+CO多晶硅的生产是较为复杂的，并不是一个简单的物理化学过程，而是多种冶金方法串联在一起才能得到最终产品。多晶硅主要技术特征有以下两点：(1)多种生产工艺路线并存，产业化技术封锁、垄断局面不会改变。总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80％，短

4、期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。(2)新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。除了传统工艺(电子级和太阳能级兼容)及技术升级外．还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度sio2直接制取：熔融析出法(VLD：Vapertoliquiddeposition)；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，A1．Si溶体低温制备太阳能级硅：熔盐电解法等。一般来说，多晶硅的生产主要分为传统工艺和新工艺。1．1太阳能多晶硅的传统生产工艺可用于制备多晶硅的技术途径

5、很多．经过大量的研究和生产应用淘汰了Ca、Mg、Al还原SiC从法和Zn、Al、Mg还原SiHCl3法，研究集中到硅烷分解法和氯硅烷气相氢还原法(西门子法)，其中SiHCl3法(西门子法)是目前多晶硅制备的主流技术。其生产历史已有35年。1．1．1西门子法[9]西门子法生产出的多晶硅纯度完全满足直拉和区熔的要求，所以成为首选的生产技术。其提纯技术主要分为以下两步：1-1．1．1三氯氢硅的合成用金属硅和氯化氢为原料，在流态氯化炉中进行反应：Si+HCl→SiHC13三氯氢硅的沸点为31．5℃，与绝大多数杂质的氯化物挥发温度相

6、差较大，所以可用精馏法提纯，三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气，因此精馏设备必须防止水汽和空气混入。小规模生产超纯硅可采用聚四氟乙烯，特制玻璃或石英作为精馏设备材料，大规模生产则须采用耐腐蚀的金属或合金材料以免铜、铁、镍等重金属杂质混入而影响其的质量。l-1．1．2三氯氢硅的还原SiHCl3的还原采用化学气相沉积的方法，使还原的硅沉积在母材上，主要化学反应有：4SiHC13→Si+3SiC4+2H2SiHCl3+H22→Si+3HClSiCl4+H2→Si+4HCI经过第一步中的几次精馏后，就可以得到高纯的三氯氢硅

7、，然后采用高纯的氢气进行还原就可以沉积出高纯多晶硅料。实际生产过程比较复杂，目前西门子法经过几代的发展成为成熟的生产工艺，国外企业普遍均采用第三代闭路循环，其原理如下图1．1所示。各种气体可以循坏使用，大大的较少了原料的损耗以及对环境的污染。西门子法的先进性在于：完全闭路循环的生产线工艺技术和设备体系，使其不仅产品质量高，性能稳定，而且能耗材耗低，成本低，产出率高，环保安全性好。西门子法的不足之处在于：工艺流程的环节过多，一次转化率低，导致流程时间太长．增加了材耗、能耗成本。1．1．2硅烷法早在1880年己发现硅烷在400

8、℃加热几小时会完全分解成氢和硅，在180-460℃温度范围内细镍粉存在的条件下，测定了硅烷分解的状况，发现实际是380"C就完全分解了[1O]，在1987年，美国的埃西尔(Ethy1)公司(目前已被MEMC收买)研制成功粒状多品硅[11]。硅烷法生产采用的是一种以四氟化硅(STF)为原料的无氯化工艺。这