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文檔簡介
1、光伏太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已有幾十年的歷史,在目前可再生能源中光伏發(fā)電是比較成熟的技術(shù),太陽能發(fā)電具有安全可靠、清潔環(huán)保、良好的經(jīng)濟和社會效益等優(yōu)點被譽為21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)。目前光伏產(chǎn)業(yè)中面臨的主要障礙為多晶硅成本過高和硅材料短缺。多晶硅生產(chǎn)成本的有效控制減少太陽能級硅對電子硅的依賴對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。
本文研究內(nèi)容為在冰晶石熔鹽體系中通過電解法制備Al-Si合金并進行酸溶提純制備冶金級硅的工藝研究。跟傳統(tǒng)的冶金法制備
2、多晶硅相比,本文以液態(tài)鋁為陰極、Fe-Ni合金為陽極(惰性陽極而非炭陽極電解),高純SiO2為原進行電解制備Al-Si合金,作為太陽能級Si的前驅(qū)體??朔颂紵徇€原法還原劑純度得不到保證以及定向凝固對P和B的除雜效率低等缺點,從源頭杜絕了B、P的引入,從而有效地降低作為太陽能級硅前驅(qū)體的冶金級硅在后續(xù)工藝提純制備太陽能級多晶硅的成本。
實驗所用陽極為真空感應(yīng)爐制備得到的材質(zhì)均勻的Fe-Ni合金惰性陽極,實驗用到的無水AlF3采
3、用真空蒸餾法制備。
在NaF-AlF3-CaO-NaCl和NaF-AlF3-CaO-NaCl-SiO2體系中,采用三電極體系,通過循環(huán)伏安法研究Si在陰極上的析出行為。NaF(47.1 wt%)-AlF3(42.9wt%)-CaO(4wt.%)-NaCl(6wt.%)熔鹽體系中Na、Al的還原峰電位分別為-1.75V、-1.6V(vs.Pt)。NaF(42.9wt%)-AlF3(39.1 wt%)-CaO(4wt%)-NaCl
4、(6wt%)-SiO2(8wt%)熔鹽體系中Na、Al、Si的還原峰電位分別為-1.6V、-1.45V、-1.15V(vs.Pt),且Si和Al的還原峰較為接近,且Si的析出分兩步進行,分別為Si(Ⅳ)生成Si(Ⅱ)以及Si(Ⅱ)生成Si單質(zhì),兩步反應(yīng)的開始析出電位分別為-0.55V、1.15V。
研究了液態(tài)陰極Al添加量和電流密度兩個單因素對電解制備Al-Si合金的影響。液態(tài)陰極Al添加量的變化對Al-Si合金的生成及在合金
5、顆粒的大小以及合金中Si含量的大小有著較為明顯的影響,液態(tài)陰極Al添加量的提高有助于合金的生成,且生成產(chǎn)物較為純凈。而液態(tài)陰極Al添加量的減小有助于合金中Si含量的提高。當液態(tài)陰極Al添加量為電解總質(zhì)量的3.75%時,實驗結(jié)果最優(yōu),電解得到Al-Si合金中Si的含量達到19.45%,電流效率達到45.5%。電流密度為0.7A/cm2時電流效率達到52.4%,且合金中Si含量達到24.5%,故電解的較優(yōu)條件為電流密度和液態(tài)陰極Al添加量分
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