太阳能级硅提纯技术的研究

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1、太阳能级硅提纯技术的研究1目录一、前言二、太阳能级多晶硅中杂质的常用表示方法及要求三、JFE冶金法提纯技术四、冶金法提纯的几项工艺技术1、湿法提纯工业硅的应用2、造渣精炼技术五、其它提纯技术的简介2一、前言太阳能发电具有安全可靠、无污染、分布广泛等独特优点，受到了世界各国的高度重视。同时，在目前可再生能源中，光伏产业已属于比较成熟的技术。世界各国，尤其美、日、德等工业发达国家先后启动了大规模的国家光伏产业发展计划，以刺激光伏产业迅速发展。我国“十二五”规划中也明确提出了要鼓励发展光伏产业。光伏产业的高速增长催生了对多晶硅的大量需求。目前在光伏产业应用的过程中所面临的障碍主要是生

2、产太阳能级硅的成本过高以及太阳能级多晶硅生产能力不足。在不影响效率的前提下，大幅降低太阳能级硅料的成本是降低硅太阳能电池成本的关键。3一、前言目前太阳能级硅生产所需的原料部分来自于微电子工业的边角料，而用于微电子工业和光伏领域的硅材料在规模和要求纯度以及生产工艺过程的成本并不相同，为了既满足光伏产业对太阳能级硅的迫切需求又摆脱对微电子级硅边角料的依赖，世界各国都在积极开展低成本太阳能级硅生产工艺的研究方法，第一类为化学法，即西门子法；第二类为冶金法。冶金法具有污染小，投资少，建设周期短，能耗低等一系列特点，因此被认为是太阳能级多晶硅制备中较有前途有一种工艺。4二、太阳能级多晶硅中杂质的

3、常用表示方法及要求太阳能级多晶硅是由工业硅经过提纯以后而获得的，工业硅中所包含的杂质有两类：（1）非金属杂质包括：B、P、C、O、N；（2）金属杂质包括：Fe、Al、Ca、Ti、Ni、Cu、In、As、Sb、Bi、Sn、Li、Zn、Au、Co、Ta。工业硅经提纯后其中的非金属及金属杂质有少量残存于在太阳能硅中，这些杂质对于制作太阳能硅片是有害的，如何衡量太阳能级硅硅中杂质含量，通常可用如下几种方法表示：（1）ppma（partspermillion“atomic”），以原子分数计的百万分之一；（2）ppmw（partspermillion“weight”），以质量分数计的百万

4、分之一；（3）ppb（partsperbillion的缩写），系表示液体浓度的一种单位符号，一般读作1/10亿，即10-9的代表符号是1‰ppm（1ppb=1×10-9=1/1000000000，即十亿分之一）；（4）ppm即10-6，1ppm=1×10-6=1/1000000，即百万分之一；（5）ppt即10-12，1ppt=1×10-12=1/1000000000000，即兆分之一。5二、太阳能级多晶硅中杂质的常用表示方法及要求此外，还有ppmv（partspermillion“Volume”）以体积分数计的百万分之一。目前对硅中包含杂质分析常用的单位是ppm，例如硅水中含

5、p为0.006%，即60/1000000=60×10-6=60ppm；含铁为0.4%，即4000/1000000=4000ppm。非金属夹杂及金属夹杂都会给太阳能电池电的转化效率带来不良影响，因此，运用先进的技术与装备在降低成本、减小对环境污染条件下获得高纯太阳能硅是我们追求的目标。杂质浓度对太阳能电池电能转化效率的影响如图1所示。6二、太阳能级多晶硅中杂质的常用表示方法及要求7三、冶金法典型提纯工艺技术（JFENEDO技术）JFE的冶金提纯技术工业硅中杂质含有量和精制目标如表1所示。表1工业硅中杂质含有量（质量分数）和精制目标（10-6）开发目标的纯度Fe、Al、Ti、P含有量＜

6、0.1×10-6；C含有量＜5×10-6；阻抗：P型0.5～1.5Ω·cm。工业硅中不纯物去除过程（真空条件下）如图2所示。日本NEDO实验所用的装置示意如图3所示，设备图外形如图4所示。工业硅中不纯物去除过程的第一流程为电子束和定向凝固（P、Fe去除）；第二流程为等离子束和定向凝固（B、C去除）。成分材料PBFeAlTiC工业硅257100080020050太阳能级硅（目标）＜0.10.1～0.3＜0.1＜0.1＜0.1＜58三、冶金法典型提纯工艺技术（JFENEDO技术）9三、冶金法典型提纯工艺技术（JFENEDO技术）第一流程与第二流程装备示意如图3所示，该装置在第一步处理过程中

7、是在真空条件下采用两把电子束枪，第一把枪作为熔化的热源，在熔化的过程中将P部分去除，第二把枪作为定向凝固保温用的热源，将P元素进一步去除；在第二步的处理过程中采用等离子体作为热源将第一炉的定向凝固的硅料熔化的同时去除B、C等元素，然后将硅液倒入定向凝固装置中进行第二次定向凝固。川崎制铁与神户钢铁公司（Kobe.Steel）合并后的JFE宣布开发成功以100t级为单位面向光伏电池用多晶硅的冶金制造技术，并在改建的基础上建成年产800t的多晶硅生产