三層液熔鹽電解制備太陽級硅的電解工藝研究.pdf

1、近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對太陽級硅的需求量迅猛增加，太陽級硅短缺已成為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。西門子法是當(dāng)前制備太陽級硅的主要方法，但工藝復(fù)雜、設(shè)備投資大、效率低、能耗高且存在污染環(huán)境隱患。非西門子工藝制備太陽級多晶硅是光伏領(lǐng)域的研發(fā)熱點。 作者所在課題組針對熔鹽電解法制備太陽級硅所存在的電流密度小、沉積速度慢、電解過程電壓波動嚴(yán)重等問題，提出了“三層液熔鹽電解法制備太陽級硅”的技術(shù)思路。 本論文主要研究三層液熔鹽電解

2、制備太陽級硅的電解工藝，對冶金硅熔鹽電解精煉三層液體系進行了設(shè)計，選用了M2作為陰極金屬、Si-M1作為陽極，在氟化物電解質(zhì)體系中對冶金硅精煉除雜。系統(tǒng)的研究了電解時間、電解溫度、電流效率、分子比、含硅化合物含量對電解過程和結(jié)果的影響。獲得的主要研究結(jié)果如下： （1）實現(xiàn)了三層液熔鹽電解精煉提純冶金硅。精煉后硅中的主要雜質(zhì)含量明顯降低，在優(yōu)化后的電解工藝條件下B可由電解前的12.7ppmw降低至2.1ppmw，去除率達(dá)到83.4

3、6％，P可由電解前的98.6ppmw降低至19.9ppmw，去除率達(dá)到79.82％。 （2）電流密度從250 mA/c㎡增加至400mA/c㎡，電解精煉都可以穩(wěn)定進行，電解過程中電流效率高，陽極電流效率在90％以上。針對電解獲得的不同形態(tài)的沉積硅，分別通過重熔和酸洗的方法進行收集，硅的收集率達(dá)到50％。 （3）電流密度對沉積硅的形貌有明顯的影響。電流密度小于350mA/c㎡時，沉積出的硅（直徑約50um）均夾雜于電解質(zhì)中

4、（稱為夾雜硅）。電流密度大于350mA/c㎡時，部分沉積出的硅呈球形（直徑可達(dá)2cm）（稱為球形硅），且出現(xiàn)球形硅時陽極電流效率明顯降低。 （4）電解質(zhì)的分子比和含硅化合物含量對沉積硅的形貌影響顯著。分子比為1.8時，沉積出的硅均為夾雜硅；分子比增大為2.0、2.2、2.4時，除夾雜硅外還出現(xiàn)了球形硅。并且球形硅中硅的百分?jǐn)?shù)隨分子比增大而增加。含硅化合物含量為6wt％和12wt％沉積出的硅為夾雜硅，含硅化合物含量為8wt％和10