電子束熔煉與定向凝固技術耦合去除硅中雜質的研究.pdf

1、近年來，光伏產業(yè)在世界范圍內得到了飛速的發(fā)展，帶動太陽能級多晶硅需求量的持續(xù)增長。具有環(huán)保、成本低等特點的冶金法制備太陽能級多晶硅技術，在世界范圍內得到了長足的發(fā)展，將為光伏產業(yè)未來的持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。冶金法是利用硅中不同雜質的特性，依據不同的理論基礎（如飽和蒸汽壓原理、分凝效應及氧化性差異等），采用不同的技術路線（如電子束熔煉、定向凝固、合金化等）依次去除硅中的雜質元素。電子束熔煉作為冶金法體系中的重要組成部分，能夠有效地除硅中

2、的揮發(fā)性雜質，目前，關于電子束熔煉太陽能級多晶硅的研究已經取得了許多具有指導性意義的結論，但對電子束提純太陽能級多晶硅過程中的能耗、硅損失率等與提純過程相關聯的問題尚無系統(tǒng)的研究，同時電子束熔煉太陽能級多晶硅尚存在熔煉方法單一、無法去除非揮發(fā)性雜質等問題。
　　本文通過電子束熔煉太陽能級多晶硅模型的建立，分析熔煉過程中的熱力學與動力學，硅損失率與雜質元素揮發(fā)去除率具有一一對應的關系ln(1-ωi)=[(ki-ksi)/ksi]·l

3、n(1-η)。除P過程中，熔煉功率對Si的揮發(fā)損失率基本無影響，主要取決于P的去除率大小，而除Al過程中，Si的揮發(fā)損失量隨熔煉功率及Al去除率的增加均增加。在達到相同除P目的的條件下，熔煉過程總能耗隨著熔煉功率的增大而減小，而在除Al過程中，在相同Al去除率條件下，熔煉過程總能耗隨著熔煉功率的增大而增加。熔煉過程中，P、Al的去除同時進行，低功率(9kW)條件下，P的去除過程較慢，所需熔煉時間較長，成為熔煉過程的限制環(huán)節(jié)，而在高熔煉功

4、率(15kW、21kW)條件下，Al的去除過程成為整個熔煉過程的限制環(huán)節(jié)，熔煉功率的增加對P去除的有利影響大于對Al的影響。
　　同時，本文在18kW條件下進行電子束指數降束誘導定向凝固實驗，具有分凝效應的Fe元素，在降束65min條件下，Fe去除率90％以上的區(qū)域達到86％，而具有揮發(fā)及分凝效應的Al元素去除率在90％以上的區(qū)域達到92％。電子束誘導定向凝固過程中，隨著降束速度減小，固液邊界層厚度逐漸增加，最終達到擴散平衡狀態(tài)。