太阳级多晶硅的低温冶金法提纯技术基础研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵立新 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 郭占成 |
| 关键词 | 太阳级多晶硅 冶金净化法 金属熔析法 酸洗 锡硅体系 |
| 其他题名 | Fundamental Research on Low-Temperature Metallurgical Process for Solar-Grade Silicon Purification |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 太阳级多晶硅是光伏产业主要原料，目前主要由电子级高纯硅生产线——改良西门子法提供，由于其生产流程复杂、投资大、能耗高等问题，导致其产品成本过高，严重抑制光伏产业的快速发展，寻找太阳级多晶硅专用生产技术迫在眉睫。冶金法工艺作为最可能实现的太阳硅生产技术之一，依然存在能耗高和质量不稳定两大问题，限制其大规模推广应用。硼、磷杂质难去除是冶金法提纯技术现存问题的根本原因。利用硼易氧化和磷易挥发是冶金法中现有净化手段去除硼、磷的基本原理，但当硼和磷浓度过低时，脱除过程推动力小的固有特性使其去除速率极慢，寻求硼、磷去除新净化手段是冶金法工艺进一步发展的关键。本论文提出采用硅在金属液中低温重结晶净化的方法除杂，称为金属熔析净化法，通过改变提纯体系，改善杂质的分配系数，强化硼、磷的相间再分配；通过改变净化手段，有效增加传质界面，强化相间传质，彻底改变硼、磷难去除的本质，实现硼、磷杂质的低温、快速去除。以熔析法为主，同时结合冶金硅中杂质的分布规律、湿法净化能力等研究，提出一条完整的低温冶金法太阳级多晶硅生产工艺。主要创新性结论如下：（1）以冶金硅破碎分级法研究其杂质的分布，除金属杂质外，部分硼元素明显偏析至硅晶界，破碎后杂质相向细硅粒中富集。采用冶金硅杂质相原位酸腐蚀实验，将杂质相按照抗腐蚀性分为富铝铁相和富钛相，发现王水对杂质相的剥离作用和对硅沿晶界破碎作用。王水与氢氟酸的组合酸洗可使冶金硅大颗粒的金属杂质去除率达到95%以上，避免氢氟酸使用时泡沫产生问题。（2）论证并提出金属熔析法体系的选择原则，筛选锡作为熔析介质，估算锡硅体系硼分配系数随温度明显下降，在1200℃可降到0.038。提出并推导熔析净化法杂质总净化分配系数，使理论估算可以直观地反映体系净化效率，硼总净化分配系数值比0.8下降2个数量级，理论证明锡硅体系净化的可行性。（3）熔析净化硅操作温度600~1200℃，净化时间2小时，硼去除率达85%以上，实验结果推算的杂质总理论净化分配系数为0.0846，而理论计算值为0.00217，远小于纯硅中的分配系数0.8。对磷的去除率达到60%，总有效分配系数约0.4。对于硼、磷浓度均为10ppmw的冶金硅，二次熔析可使其浓度降至0.1ppmw以下。（4）深入研究熔析法净化硅过程杂质的去除原理。杂质与硅之间形成的不溶化合物是熔析净化过程主要杂质存在方式，硅在低温下熔于金属液为其形成提供条件。化合物伴随晶体硅的分离、酸洗得以去除，成为体系中杂质主要输出途径，熔析介质锡可直接循环使用。（5）针对熔析介质夹带、介质固溶、废锡回收和残余杂质等问题进行研究，提出基于金属熔析法的低温冶金法太阳硅生产新工艺，由破碎优化酸洗、熔析净化、定向凝固、废锡回收四大工段组成。 |
| 英文摘要 | Solar-Grade Silicon (SoG-Si) is the main feedstock of Photovoltaic (PV) industry, which is supplied recently by the product line of Electronic Grade Silicon (EG-Si)－Simens method. Due to inherent characters of the product line, such as complex process, huge investment and high energy-consumption, the production cost of EG-Si is too high, which has seriously restricted the rapid development of PV industry. Searching the special product line for SoG-Si is an emergency. As one of the most potential technologies, metallurgical process has two serious problems, high energy-consuming and quality instability, which blocked its prevalence. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-24 |
| 页码 | 159 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1740]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵立新. 太阳级多晶硅的低温冶金法提纯技术基础研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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