冶金法制備太陽能級多晶硅.pdf

1、近幾年來，國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。面對當(dāng)前世界性傳統(tǒng)能源枯竭和石油價格持續(xù)攀升的形勢，太陽能作為可再生的潔凈能源的獨(dú)特優(yōu)勢受到了世界各國的高度重視。從太陽能電池的種類來看，多晶硅太陽能電池又占主導(dǎo)地位，且在今后相當(dāng)長的時間里不會改變。由于多晶硅材料的成本約占太陽能電池總成本的50％，所以多晶硅的高價格就成為了阻礙光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。本論文即本著以低成本生產(chǎn)多晶硅為原則，研究用物理冶金法對工業(yè)級多晶硅材料（2N，即99％

2、）進(jìn)行提純。我們分別從濕法和火法兩方面展開研究，比較了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，探索了一條可行的生產(chǎn)工藝路線。
　　 在濕法提純多晶硅的研究中，本論文根據(jù)建立的分子模型，探討了濕法浸出的原理與規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在不同濃度的浸出條件下，對多晶硅純度的影響因素也不相同。在低濃度浸出時，多晶硅純度主要受粒徑與浸出劑濃度的影響，在高濃度浸出時，多晶硅純度則主要受攪拌速度的影響。
　　 從氫終止機(jī)理出發(fā)，我們還對影響多晶硅浸出過程中的回收率

3、進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)浸出中出現(xiàn)硅粉上浮，原因是由于硅粉與氫氟酸反應(yīng)時產(chǎn)生的氣體吸附在其表面以及受到由氫終止所產(chǎn)生的憎水基團(tuán)的影響?；厥章孰S著硅粉粒度的減小和氫氟酸濃度的增加而下降。為有效地提高回收率，我們配制了一種溶液，其成分配比為氨水：雙氧水=1:3。
　　 利用濕法去除多晶硅中雜質(zhì)硼的研究中，我們通過采用HyperChem軟件中的AM1方法優(yōu)化了除硼絡(luò)合劑及其絡(luò)合產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)，計算了分子中配位原子的凈電荷與配位鍵鍵能等參數(shù)，討論

4、了絡(luò)合產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)與絡(luò)合性能的關(guān)系。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，論文中對幾種絡(luò)合劑對硼酸的絡(luò)合效果的差異給予了理論說明，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甘油、苯羥乙酸和二羥基萘可作為有效的除硼絡(luò)合劑。
　　 另外，本論文在微波輔助濕法冶金方面也做了一些研究。我們發(fā)現(xiàn)利用微波的特性有利于加快化學(xué)反應(yīng)速率和雜質(zhì)向溶液擴(kuò)散的速率，雖然提純效果與常溫下差別不大，但卻大大縮短了提純時間，提高了時間利用率。
　　 在火法提純多晶硅的研究中，根據(jù)雜質(zhì)元素在一定溫度下有一

5、定的擴(kuò)散速度、產(chǎn)生偏析的特點(diǎn)，結(jié)合與氯的反應(yīng)機(jī)理，我們提出了氯化焙燒與氯化浸出相結(jié)合的工藝。該工藝對多種金屬雜質(zhì)和硼雜質(zhì)有較明顯的去除效果，可作為提純多晶硅的前處理工藝。
　　 最后，本論文還對造渣精煉的研究進(jìn)行了闡述。我們通過加入不同比例的SiO2-CaO-Na2O作為造渣劑，液態(tài)硅中的雜質(zhì)元素被氧化，其產(chǎn)物進(jìn)入渣相，使得樣品雜質(zhì)含量大大降低。
　　 本論文研究的的濕法和火法提純多晶硅工藝方法，可將2N（99％）的冶金