電子束熔煉與定向凝固技術(shù)耦合去除硅中雜質(zhì)的研究.pdf

1、近年來，光伏產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)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(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了長足的發(fā)展，將為光伏產(chǎn)業(yè)未來的持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。冶金法是利用硅中不同雜質(zhì)的特性，依據(jù)不同的理論基礎(chǔ)（如飽和蒸汽壓原理、分凝效應(yīng)及氧化性差異等），采用不同的技術(shù)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(zhì)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(zhì)，目前，關(guān)于電子束熔煉太陽能級多晶硅的研究已經(jīng)取得了許多具有指導(dǎo)性意義的結(jié)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(guān)聯(lián)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(zhì)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(xué)與動力學(xué)，硅損失率與雜質(zhì)元素?fù)]發(fā)去除率具有一一對應(yīng)的關(guān)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(dá)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(shù)降束誘導(dǎo)定向凝固實驗，具有分凝效應(yīng)的Fe元素，在降束65min條件下，F(xiàn)e去除率90％以上的區(qū)域達(dá)到86％，而具有揮發(fā)及分凝效應(yīng)的Al元素去除率在90％以上的區(qū)域達(dá)到92％。電子束誘導(dǎo)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(dá)到擴散平衡狀態(tài)。