冶金法制备太阳能级多晶硅工艺研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要近年来，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

2、级多晶硅制各工艺是解决我国多晶硅产业闯题的唯一出路，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ca、A1、P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

3、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Ippm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的去除效果不明显，但对Ca、Al、P、B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Ca、P、B三种杂质元素降低至ippm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

4、要求。关键词：太阳能电池；太阳能级多晶硅；电子束熔炼；真空熔炼冶金法制各太阳能级多晶硅工艺研究Physicalmetallurgicalmethodtoproducesolar-gradesiliconAbstractBecauseoftheshortageofeonvendonalSOUI'∞ofenergy，newSOUI'ceofenergymaderapidexpansioninrecentyears·especiallyPVinduslry．HoweverthedevelopmentofPVindusu-yinOUl"eounuyWaSinterrupt

5、edbecauseoftheshortageoflawmaterialsandalotofsolarcellfactoriesstoppedproduction．Onotherh印面01．11"eotmla-yhast0importmostofitslawmaterials，attheSametimethefactoriesaboardwhichproducemulti-erystaUinesiliconl-unupthepriceofsiliconandrenderthepricereached$300perkilogram．Sothesolarcellfact

6、oriesinOI．U'countryjuste帆themeagerprofits．UntilnOWWedidnotholdthemajorteehofthetwotechnologies．Exploringnewtechofproducingsolargradesiliconistheverywaytosolvetheproblemofmulti-crystallinesiliconindustry．Physicalmetallurgicalmethodtoproducesolar毋锄desiliconhasthemeritoflowcostandnopoUul

7、iollandso011．Buttheteehisriotyetmature．So，itplaysagreatroletodevelopgoodmeltingparameters．Inthisresearchweuseeleclzon·beamfurnaceandVaCLIllmmeltingfuanacewhiela批designedbyourselvestostudythepurificationofmetallurgicalsiliconandWealsostudytheeffectofmeltingparamenterssuchasdifferentval

8、。U1．1