惰性陽(yáng)極熔鹽電解制備冶金級(jí)硅的研究.pdf

1、光伏太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電具有安全可靠、清潔環(huán)保、良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為21世紀(jì)的朝陽(yáng)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(guò)高和硅材料短缺。多晶硅生產(chǎn)成本的有效控制減少太陽(yáng)能級(jí)硅對(duì)電子硅的依賴對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。
　　本文研究?jī)?nèi)容為在冰晶石熔鹽體系中通過(guò)電解法制備Al-Si合金并進(jìn)行酸溶提純制備冶金級(jí)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(yáng)極（惰性陽(yáng)極而非炭陽(yáng)極電解），高純SiO2為原進(jìn)行電解制備Al-Si合金，作為太陽(yáng)能級(jí)Si的前驅(qū)體。克服了碳熱還原法還原劑純度得不到保證以及定向凝固對(duì)P和B的除雜效率低等缺點(diǎn)，從源頭杜絕了B、P的引入，從而有效地降低作為太陽(yáng)能級(jí)硅前驅(qū)體的冶金級(jí)硅在后續(xù)工藝提純制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的成本。
　　實(shí)驗(yàn)所用陽(yáng)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(yáng)極，實(shí)驗(yàn)用到的無(wú)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(guò)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(jìn)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(kāi)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(gè)單因素對(duì)電解制備Al-Si合金的影響。液態(tài)陰極Al添加量的變化對(duì)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(dāng)液態(tài)陰極Al添加量為電解總質(zhì)量的3.75％時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)，電解得到Al-Si合金中Si的含量達(dá)到19.45％，電流效率達(dá)到45.5％。電流密度為0.7A/cm2時(shí)電流效率達(dá)到52.4％，且合金中Si含量達(dá)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