采用Si-Cu合金定向凝固法提純太陽能級多晶硅的工藝研究.pdf

1、太陽能是一種巨大的清潔可再生能源,太陽能發(fā)電可能成為未來解決能源危機與環(huán)境問題的重要途徑,已經(jīng)得到了世界各國的普遍重視。硅是制備太陽能電池的主要基底材料之一。隨著光伏工業(yè)的迅猛發(fā)展,以電子級硅廢棄料作為制備太陽能電池的原料已經(jīng)遠遠不能滿足光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要。另一方面,化學(xué)法(如改良西門子)由于其高成本、高能耗、高污染、高危險等原因而不能成為太陽能級多晶硅的生產(chǎn)工藝。在此背景下,冶金法提純太陽能級多晶硅迎得了發(fā)展機遇。常用的冶金手段包括:

2、造渣、酸洗、真空、定向凝固、電子束、等離子體等。近期的研究發(fā)現(xiàn),雜質(zhì)在低熔點硅合金熔體中的分凝系數(shù)要比在硅熔體中小得多,因此采用低熔點硅合金定向凝固工藝提純太陽能級多晶硅已漸漸成為世界各國的研究熱點。
　　 本文采用自行設(shè)計的多晶硅鑄錠爐,將工業(yè)硅和銅粉按照質(zhì)量比為1:1熔合,進行硅銅合金定向凝固提純工藝的實驗探索與研究。并采用電子探針顯微分析(EPMA)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)等手段,分析鑄錠的組織、成分

3、和含量,研究定向凝固過程中組織成分分布,定向凝固對雜質(zhì)元素的去除和拉錠速度對提純效果的影響,主要內(nèi)容如下:
　　 1.鑄錠有硅銅合金相偏析,主要聚集在鑄錠中間部位,偏析區(qū)中有細顆粒純硅相均勻分布。從鑄錠中心到邊緣主要是由合金偏析區(qū),合金偏析區(qū)、大顆粒純硅相和硅銅合金相,硅銅合金相和大顆粒純硅相三部分組成。對鑄錠的成分進行分析,主要成分為純Si相與硅銅合金相,硅銅合金相以Cu3Si為主。
　　 2.鑄錠兩相中有大量的微裂紋

4、,特別是兩相交界處微裂紋密度更大,這有利于兩相分離。兩相之間沒有明顯在雜質(zhì)富集和過渡相存在。
　　 3.硅銅合金相對雜質(zhì)元素Fe、Ca、P、B、O等的吸附作用,使得這些元素在硅銅合金相中聚集,有利于去除雜質(zhì)。而硅銅合金相對雜質(zhì)元素Al的吸附作用不明顯,雜質(zhì)元素Al更多分布于純Si相中。
　　 4.定向凝固對Fe、Ca、Al等金屬雜質(zhì)元素有明顯的分凝作用,而P的分凝不佳。定向凝固拉錠速度對雜質(zhì)元素的分凝效果有影響作用,在三