多晶组织

多晶组织（精选8篇）

多晶组织 篇1

1 引言

工程材料大都是多晶体,多晶体的宏观力学性与材料微观结构性质有关,EBSD分析技术可以对晶粒尺寸、晶界特征、晶体取向、微观织构、物相鉴定等进行统计分析。EBSD分析技术使材料微观分析进入亚微米数量级,代表了当今微观组织分析的最高水平。

2 EBSD试样的制备

EBSD样品的制备比较困难,样品表面要求没有变形层,试样制备不合适将不能得到正确的晶体信息,因此样品制备对于EBSD试验就显得尤为重要。

2.1 试样的准备

一般采用线切割的方法取样,试样的厚度以不超过3mm为宜,尺寸最大为(20mm×20mm)。切割下来的试样可采用酒精或丙酮溶液在超声波清洗器中清洗。然后用胶粘剂粘在大小适中的圆形金属台上。

2.2 试样的预磨

试样首先经过600、800、1000、1200、1500、2000和2500号水磨砂纸逐号在金相预磨机上粗磨。试样在水砂纸上磨削时一定要带水研磨以免热蚀。磨制时宜用手工朝着同一方向研磨,用力不要过大,宜均匀,平稳,否则会使磨痕过深。在调换下一标号更细的水磨砂纸时,应将试样清除干净,并转动90°角,使新磨痕与旧磨痕垂直,直到消去旧的磨痕为止。从粗到细,用力渐轻,这样,最后一道砂纸研磨后产生的变形层深度应非常浅,为后序的抛光工作带来方便。

2.3 试样的抛光

抛光是EBSD制样关键的一步。通常使用的抛光剂有氧化铝粉、金刚石悬浮液或研磨膏等,研磨膏使用相对经济,金刚石悬浮液或研磨膏主要用于粗抛光,氧化铝粉用于精抛光,金刚石研磨膏由粗到细有W5、W3.5、W2.5、W1、W0.5号,氧化铝粉可选用粒径0.3μm和0.05μm的微粉。在抛光过程中,先用毛呢等硬织物配合抛光膏或金刚石悬浮液进行粗抛光,为减小摩擦和消除变形层,抛光膏要放在转盘中心部位,试样在转盘中心处进行抛光,具体操作时用力要轻微、均匀和平稳,使试样和抛光布有轻微接触。为避免试样灼伤,抛光时间不能太长,织物要保持湿润,定期浇注蒸馏水,试样表面要用水定期洗涤,以免试样表面附着较大粒子的抛光微粉造成试样表面较深的划痕,抛光膏由粗到细,每一道抛光工序都需要更换抛光布。最后用长绒软织物配合氧化铝粉进行精细抛光,用蒸馏水调和的氧化铝粉浓度要适当,不能太浓,否则容易在试样表面形成氧化膜,此时最好要用手工同方向轻轻抛光,抛光时间较长,大概1～2小时,直至试样表面光亮无划痕为止。然后,取下试样,用超声波清洗器在丙酮溶液中清洗10分钟到一小时左右,拿出试样,用酒精清洗,用电吹风吹干即可。

图1—图2是应用上述抛光方法得到的镍基高温合金的清晰的菊池衍射花样。

3 EBSD技术的使用

3.1 晶粒尺寸的测定

传统的测量晶粒尺寸的方法是化学腐蚀晶界,但对于某些孪晶界与小角度晶界用常规的金相侵蚀方法不能显示,EBSD不需要腐蚀,可以很方便地显示出真实的晶粒尺寸。图2[1]为EBSD得到的晶粒尺寸图片。

3.2 晶界特征的测定

材料的多种性能与晶界特征有关,比如:晶间腐蚀、沿晶断裂、蠕变、晶界元素的偏聚等,晶界特征分布是指各种类型晶界所占的比例[2]。增加多晶体中重合位置点阵(Coincidence Site Lattice,CSL)晶界的数量,可以优化晶界特征分布[3],从而材料的强韧性能提高[17]。由于晶界结构复杂,晶界取向差也是晶界特征分析的主要内容,具体可参见文献[4]

3.3 晶体取向的测定[5][6][7]

SEM-EBSD系统又称为取向识别显微镜(Orientation Imaging Microscopy,简称OIM),EBSD不仅能对每一个晶粒进行取向测定和测量各种取向晶粒所占的比例,还能得到相邻晶粒间的取向差和各种取向在显微组织中的分布情况。晶粒取向对材料微观不均匀性影响最大,因此,精确的取向分析对后续的模拟工作尤为重要。

4 微观组织的有限元分析

由于多晶材料的晶粒都是不规则的多面体,多晶体性能是各个独立的单晶体的平均效应,晶粒尺度的有限元模型依赖于微观试验测定的准确参数。依据EBSD得到的晶粒实际尺寸和晶粒的统计个数和每个晶粒的取向,晶粒的形状可以利用Voronoi方法来建立,图4-图5为采用Voronoi准则,利用Fortran程序,在ABAQUS/CAE中建立的100个晶粒有限元模型。

5 小结

本文对EBSD制样过程和其在研究材料微观组织性能方面的主要应用进行介绍,利用EBSD试验方法,可以准确的获得材料的晶粒尺寸、晶界特征、晶体取向等微观组织性能,从而为后续的晶粒尺度的模拟建模工作提供了可靠的原始输入数据,依此建立的有限元模型可以真实模拟材料的微观力学性能。

参考文献

[1]C.G.Roberts,S.L.Semiatin and A.D.Rollett.Particle-associated misorientation distribution in a nickel-base superalloy[J].Scripta Materialia,2007,56:899-902.

[2]王卫国.电子背散射衍射技术在晶界工程中的应用[J].中国体视学与图像分析,2007,12卷,第4期。

[3]夏爽,周邦新,陈文觉.形变及热处理对690合金晶界特征分布的影响[J]稀有金属材料与工程,2008,第37卷,第6期。

[4]K.Sitarama Raju,M.Ghanashyam Krishna,K.A.Padmanabhan,K.Muraleedharan,N.P.Gurao,G.Wilde.Grain size and grain boundary character distribution in ultra-fine grained(ECAP)nickel[J].Materials Science and Engineering A491(2008)1-7.

[5]Silke Wollmer,Stefan Zaefferer,Mathias Goken,Thomas Mack,Uwe Glatzel.Characterization of phases of aluminized nickel base superalloys[J].Surface and Coatings Technology167(2003):83-96.

[6]S.J.Liang,Z.Y.Liu,E.D.Wang.Microstructure and mechanical properties of Mg-Al-Zn alloy sheet fabricated by cold extrusion[J].Materials Letters62(2008)4009-4011.

[7]张丕军,刘相华,王国栋.针状铁素体/马氏体高强度低屈强比双相钢的EBSD研究[J].东北大学学报.2007,第28卷,第一期。

多晶组织 篇2

2008年将注定是全球可再生能源行业发展的里程碑的年份，在中国，年初的多晶硅热潮为这个新的年份拉开热情澎湃的序幕，我们愿意为大家分享我们对行业的观点：

第一个观点是多晶硅供需到2010年仍不会出现大范围过剩，这是基于供给和需求做出的判断；对多晶硅供应的分析我们在之前的各次报告中多次提及，包括主要大厂的扩产计划和新技术的使用。需求是我们分析的重点，其要点有二：一是欧美市场的迅速启动，尤其是美国大选对于新能源行业的重大影响值得重点关注；二是的电池片环节的产能率不到60%，成为多晶硅扩产的缓冲池；多晶硅厂属于化工联合企业，技术难度是全方位的，包括技术路线、设备选型、调试、运行、检测等环节，门槛相当高，这是我们强调的第二点；

多晶硅企业的技术难度在于整体性的技术瓶颈，而非几个关键技术诀窍，而在国内能大规模生产之前，国际大厂不会进行技术转移，PPP之类企业以建造为主，并无完整技术转让；国内目前投产的企业技术来源均是739和740厂，这一点值得玩味。

第三点：新光硅业是目前国内唯一产量近千吨的大厂，我们预计2008年可以实现净利润11.6亿元，与新光硅业（一期及二期）相关的企业包括川投能源、天威保变、乐山电力和岷江水电。

观点一：多晶硅供需到2010年仍不会出现大范围过剩

原因一：太阳能电池环节（Cell）的产能率不到60%

2004年开始的全球太阳能热潮使得太阳能电池生产线的建设如火如荼，但硅料的供应使得当年诸多购买建设的电池生产线处于停工半停工状态；根据目前的估计，全球太阳能电池片产能利用率约55%，也就是说目前的太阳能电池生产线有接近一半处于闲置状态；考虑目前主流的30mw生产线数千万之巨的投资规模和太阳能电池行业硬件设备迅速的更新换代，只要电池生产的盈利高于变动成本，对厂商来说，生产就是比闲置更理性的选择；因此，我们认为电池片环节的低产能利用率是整个多晶硅供应的蓄水池，即使多晶硅产能扩张一倍，也会被下游的电池环节吸收；而

对电池产量翻番能否为下游接受的问题我们下面马上，这就是便于的新能源发展热潮有望超过我们的预期。

原因二：欧美太阳能市场将面临爆发式增长

我们对2008年以后的欧美太阳能市场寄予厚望，认为将面临爆发式增长，原因有二：政府支持图谋的加大和新技术的可能出现，后者的影响主要是在，这里我们主要分析前者：

美国是全球新能源市场发展的最大动力，尽管参院的PTC审议遇到障碍，但各州的支持图谋不断加大，而民主党总统候选人的政策主张更加令人振奋；

民主党的总统候选人Hilary Clinton和Barack Obama的新能源主张中最重要的就是到2025年将美国的可再生能源发电比例提高到25%，考虑到这一比例目前不超过1%，未来的美国市场规模望而生畏；

欧洲，除了新能源的龙头国家德国外，西班牙、意大利对新能源的支持力度也相当之大，就连主要以核电为主的法国也有了自己的新能源发展规划，在2020年以前太阳能装机3000mw；

我们认为，行业中短期的最大推动在于各国政府尤其是欧美发达国家政府的支持，而不断高涨的能源价格和传统能源产地的地缘政治境况不断恶劣是欧美国家发展新能源的强大动力；

观点二：新光硅业是国内多晶硅龙头企业、2008年盈利接近12亿

国内多晶硅价格2008年仍将维持高位

目前国内多晶硅散货价格已经超过2800元/kg，价格之高令人咂舌；但由于2008年产能虽有接近翻番的扩张，但产量扩张主要体现在2008年下半年和2009年，考虑下游的市场扩张，供需状况并未得到根本性改观，而上半年供需形势的紧张形势与去年相比更是不相上下；综合考虑新厂投产速度和下游需求增长，我们认为2008年多晶硅价格仍将维持高位；国际大厂的所谓长单价格与国内企业基本没有，以国际硅料大厂对其大客户的长单价格比照国内硅料走势没有意义。

新光硅业2008年盈利接近12亿元

观点三：多晶硅是高集成度的化工联合企业，技术门槛高

多晶硅企业的技术难度在于整体性的技术的瓶颈，而非几个关键技术诀窍

多晶硅企业本质上是化工联合企业，这从国际大厂的情总可以看出，德国的Wacker是全球知名的化工企业，其涉足的领域从盐矿开采、硅烷气到多晶硅、硅片，涉及与多晶硅相关的上游产品均可以自行生产；Hemlock的股东中，Dow Corning是化工建材巨头陶氏化学和康宁成立的合资；这些企业均有多年的化工企业经营经验，从事多晶硅生产也已多年，部分企业超过五十年生产经验，是国内企业无法比拟的；多晶硅的生产涉及多次复杂的化学反应，各项控制节点多以千计，而从一个陌生的行业进入多晶硅生产，即使不考虑建设的问题，单纯调试运行的难度也是相当之大的。

国内能大规模生产之前，国际大厂不会进行技术转移

目前国际大厂的产能当中主要是改良西门子法，而国内目前已经投产和即将投产的企业中，均采用改良西门子法；国际大厂对多晶硅的垄断已经维持了数十年，鉴于多晶硅对IT行业的重要意义和目前行业的高利润，国际大厂对此实行持续的技术封锁；从目前的情况看，在国内没有大规模实现生产之前，国际大厂不会对中国实行技术转让，所谓德国技术或者美国技术还是俄罗斯技术均不是完整的技术转让；

关于大厂专家的指导，根据我们现在了解到的情况，国际上普遍实行二十年的行业禁止期，从相关大厂辞职的技术人员在二十年内不得进入原企业的竞争对手，因此，目前国内企业能够请到的、有过大厂工作经验的专家，其工作经验也是二十年前的，否则就存在法律问题。

国际目前的技术转移以建造为主，并无完整技术转让

目前国际上比较著名的多晶硅厂建造是PPP（Polysilicon Plant Project），SCC等境外公司，均具有建造多晶硅企业的经验；PPP等公司与国内的成达公司属于同一类型企业，为化工企业，只不过从事的是特殊的化工企业----多晶硅厂的，他们不提供具体的多晶硅技术包；

我们认为，有经验的制造商加盟有助于多晶硅厂更快更好的达产，但并不是决定因素。

国内目前投产的所有企业技术来源均是739和740厂

目前国内已经投产的企业包括新光硅业、东汽硅材料厂、洛阳中硅、徐州中能，究根探底，这几家的技术来源均是之前739和740两个硅材料厂；

739厂即峨嵋半导体厂，本世纪初国内为建设第一个千吨级多晶硅厂从峨嵋厂抽调骨干，这也构成了目前新光硅业的主要技术队伍；

而从原来的峨嵋半导体材料厂被东方电气增资控股，也就是现在的东汽硅材料厂；徐州中能的技术来源是新光硅业，这在业内也是尽人皆知的，因此其技术源头也是739厂；

740厂即原来的洛阳硅材料厂，以此为基础组成了现在的洛阳中硅；

高效多晶生长技术 篇3

1) 犹如单晶一样, 没有好的单晶籽晶作为成核基础, 就不会有单晶硅片的产生。多晶硅生长初期的成核也是这样, 如果初期成核没有控制好, 硅锭的整体性能将会大大降低。如何控制好成核, 是由我们需要什么样的晶向决定的。由于不同的温度梯度会导致不同的晶向产生, 如果需要做到降低成核缺陷, 需要清楚100的成核机理, 经过查询, 大于186度的温度梯度差, 才能满足形成100晶向的温度要求。如果我们仔细核算硅锭顶底温差则可以计算得出, 石英坩埚温度差值为50度左右, 而以1420度为晶体成核温度点的话, 则1420度-50度-186度=1164度, 而在成核初期边部温度可能由于时间短, 温度降不下来, 因此, 必须低于这个温度值, 才有可能大面积成核100。2) 硅的结晶速度取决于其底部石墨块的降温速度, 较好的结晶速度会产生稳定的分凝速度, 保证杂质的均匀析出, 是生长高效多晶硅块的必经之路。多晶硅的晶体生长速度控制在稳定的区间, 有利于杂质的均匀向上分凝。3) 而与此同时保证生长界面的平稳性可以控制杂质的平稳析出。在控制界面水平则可以实现成核的一致性, 及达到均匀晶粒的细化技术。对于整个生长过程, 界面温度微凸是有利的, 有利于杂质的向外排出, 但太凸, 会导致边缘硅块受损严重。

2 试验分析

2.1 硅块少子寿命

载流子寿命就是指非平衡载流子的寿命。而非平衡载流子一般也就是非平衡少数载流子 (因为只有少数载流子才能注入到半导体内部、并积累起来, 多数载流子即使注入进去后也就通过库仑作用而很快地消失了) , 所以非平衡载流子寿命也就是指非平衡少数载流子寿命, 即少数载流子寿命。例如, 对n型半导体, 非平衡载流子寿命也就是指的是非平衡空穴的寿命。

对于主要依靠少数载流子输运 (扩散为主) 来工作的双极型半导体器件, 少数载流子寿命是一个直接影响到器件性能的重要参量。这时, 常常采用的一个参量就是少数载流子扩散长度L (等于扩散系数与寿命之乘积的平方根) , L即表征少数载流子边扩散、边复合所能够走过的平均距离。少数载流子寿命越长, 扩散长度就越大。

硅块少子寿命一定程度反映了硅晶体的质量, 不平稳的界面会直接导致不均匀的成核以及不均匀的结晶速度, 从而导致大量缺陷的晶体。在改进热场, 优化工艺之后, 结晶速度变得稳定, 界面趋于平坦。成核均匀性得以实现, 硅块寿命逐步提升, 高效多晶工艺形成。

2.2 缺陷密度的降低

晶体结构中质点排列的某种不规则性或不完善性。又称晶格缺陷。表现为晶体结构中局部范围内, 质点的排布偏离周期性重复的空间格子规律而出现错乱的现象。根据错乱排列的展布范围, 分为下列3种主要类型。1) 点缺陷, 只涉及到约一个原子直径范围的晶格缺陷。它包括:晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位, 由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙;由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等。在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。2) 线缺陷—具有位错的晶体结构, 可看成是局部晶格沿一定的原子面发生晶格的滑移的产物。滑移不贯穿整个晶格, 晶体缺陷到晶格内部即终止, 在已滑移部分和未滑移部分晶格的分界处造成质点的错乱排列, 即位错。这个分界外, 即已滑移区和未滑移去的交线, 称为位错线。位错有两种基本类型:位错线与滑移方向垂直, 称刃位错, 也称棱位错;位错线与滑移方向平行, 则称螺旋位错。3) 面缺陷, 是沿着晶格内或晶粒间的某个面两侧大约几个原子间距范围内出现的晶格缺陷。主要包括堆垛层错以及晶体内和晶体间的各种界面, 如小角晶界、畴界壁、双晶界面及晶粒间界等。其中的堆垛层错是指沿晶格内某一平面, 质点发生错误堆垛的现象。

因此, 缺陷密度可以从很大程度反映晶体质量是否合格是否可以做出高效率的硅晶体电池, 为此, 在优化生长工艺后, 测试缺陷密度平均为7.63E+05个/cm2, 与优化工艺前1.30E+06个/cm2相比有较大改善。

2.3 电池效率的验证

电池效率是最终检验硅锭质量是否合格的最权威标准。因此它以真正反映一个实验或一个项目的成败。

电池数据表明, 实验工艺比正常电池效率提高0.37%, 这进一步验证了本工艺的思路及试验方法是正确的。

3 结论

通过稳定热场, 优化生长工艺, 改进生长界面实现了降低缺陷密度, 提高硅晶体少数载流子寿命的目的, 最终达到了提高硅晶体电池效率的目标。目前本实验已经申请专利, 并小批量生产。

参考文献

[1]许扬.提高晶体炉密闭性能的探讨[J].人工晶体学报, 2003.

[2]俞尚知.焊接工艺人员手册[M].上海:上海科学技术出版社, 1991.

[3]达道安, 李旺奎.真空设计手册[M].北京:国防t业出版社, 1991.

[4]李占国, 毛桂盛.硅晶体长工艺学[伽].北京:中国有色金属工业总公司, 1986.

[5]任丙彦, 郝秋艳, 刘彩池, 王海云, 张颖怀.大直径CZ$i单晶中微缺陷与间隙氧之间的关系.半导体技术, 2002.

[6]s.Takasu, Wafer, in Microdeviess, 88, McGraw.Hill, 1983.

[7]Czochralski, Z.Phys.Chem, 1983.

[8]张克丛, 张乐滤.晶体生长.北京:科学出版社, 1981.

[9][英]B.R潘普林主编, 刘如水, 沈德中, 张红武, 戚立昌译.晶体生长, 中国建筑工业出版社, 1981.

太阳能级多晶硅生产工艺 篇4

随着全球范围内传统能源的枯竭以及石油价格不断攀升,太阳能作为环境友好能源受到全世界的广泛关注。尤其是如何生产高效率、低费用的太阳能电池成为科学家的研究重点。多晶硅是作为光伏转换器最好的材料之一,在未来50多年的时间内,还不可能有其他材料能替代硅成为电子和光伏产业的主要材料[1]。在太阳能电池组件中,作为原材料之一的高纯多晶硅占总费用的20%[2,3]。因此,在不影响转化效率的前提下,降低多晶硅的费用是降低太阳能电池费用的主要方法。降低多晶硅费用的方法有:(1)研发低成本半导体级多晶硅的生产工艺或在已有工艺的基础上降低生产成本。(2)生产低纯度、低成本但是能满足太阳能电池生产需要的多晶硅,也称为太阳能级多晶硅。1975年至今,世界各地的科学家在降低半导体级硅生产成本以及生产低成本太阳能级多晶硅方面做出了巨大的努力。

1 挥发性硅化合物的还原或热分解法

挥发性硅化合物的还原或热分解法生产多晶硅是以冶金级硅为原料,基于气相纯化的一种工艺方法[4]。表1列举了通过挥发性硅化合物的还原或热分解生产高纯硅的几种主要生产方法[5]。

1.1 三氯氢硅氢还原法

三氯氢硅氢还原法是由西门子公司研发的,故又称为西门子法。该方法开始于20世纪50年代,经过数十年的应用和发展被不断完善,先后出现了第一代、第二代、第三代生产工艺,而第三代西门子法生产工艺被称为“改良的西门子法”[6]。改良的西门子法实现了完全闭路生产,是目前国际主流厂商生产多晶硅的主要工艺[7,8]。世界上有7家大公司使用该方法生产多晶硅,产量占当今世界总量的70%~80%[6,9,10]。

该方法第一步是通过冶金级硅和干燥的HCl反应生成中间产物SiHCl3。化学反应方程式为:

Si+3HCl → SiHCl3+H2 (1)

然后对产物进行化学提纯,得到高纯三氯氢硅,杂质总量降低到10-7~10-9数量级[11]。

第二步用氢还原高纯的三氯氢硅,所用氢必须提纯,以免污染产品。在生产多晶硅时,要以高纯硅棒作为载体,并加热到1100℃。化学反应方程式为:

SiHCl3+H2 → Si+3HCl (2)

生产实践证明,三氯氢硅比较安全,方便运输、储存,且该方法工艺成熟,经验丰富,产品质量高。同时改良的西门子法还实现了H2、SiHCl3、SiCl4和HCl的循环利用,完善的回收系统又可保证物料的充分利用。生产流程图见图1。

为了提高SiHCl3的一次转化率和沉积速率以便能更有效地降低生产成本,世界各大多晶硅厂商都在现有成熟固定床技术的基础上,用流态化技术改造传统的西门子法反应器。流化床反应器很大程度上增加了反应面积,使得反应速率明显提高,从而降低硅生产能耗和成本。该方法生产的多晶硅是粒状,不能直接提供区熔使用,但可以作为连续直拉硅的原料,目前产品产量和纯度比钟罩型还原炉技术低,但是完全可以满足太阳能级硅的要求。

西门子法的派生技术——气液沉积法,也引起了广泛关注。该方法的优点主要有:(1)采用石墨管状炉可将反应温度提高到Si熔点以上,不但有效地提高了SiHCl3的还原率,在很大程度上也提高了Si的沉积速率,约为经典西门子工艺的10倍。(2)在生产过程中,硅以液态出现,解决了流化床技术中出现的粉尘问题,还可实现连续操作。但是该方法所得产品中碳和重金属的含量较高,碳原子含量为0.01%,重金属原子含量约为0.00001%,用该产品制备的太阳能电池的效率为15.6%[6]。如果辅以除碳工艺,该方法可以大大降低太阳能级多晶硅的生产成本。尽管如此,西门子法生产成本高、投资大、工艺流程长、三氯氢硅还原率低、技术操作难度大等缺点依然存在。

1.2 硅烷法

硅烷法是以硅烷为提纯的中间产物,经过热分解制取多晶硅的方法。该方法的主要步骤是制备中间产物硅烷,主要制备方法有:(1)硅化镁法。使Mg2Si与NH4Cl在液氨中反应生成硅烷。这种方法原料耗量大、成本高、危险性大。(2)以SiF4与NaAlH4为原料制备硅烷,该方法由美国MEMC公司采用。(3)歧化法。歧化法是目前制备硅烷的主要方法。该方法是以冶金级硅为原料,通过生成中间产物SiHCl3而制取硅烷,其副产物SiCl4和H2都可以循环使用,分为3步。

(1)SiCl4、H2与冶金级硅混合反应合成SiHCl3,该反应在500℃、30MPa条件下进行。反应方程式为:

3SiCl4+2H2+Si→4SiHCl3 (3)

(2)SiHCl3歧化生成SiH2Cl2和SiCl4,经过精馏得到高纯SiH2Cl2,SiH2Cl2再进行催化歧化反应,并经过精馏提纯得到高纯SiH4。该反应在60℃、0.3MPa条件下进行。反应方程式为:

2SiHCl3→SiH2Cl2+SiCl4 (4)

2SiH2Cl2→SiH4+SiCl4 (5)

(3)SiH4在800~1000℃条件下热分解得到高纯硅。反应方程式为:

SiH4 → Si + H2 (6)

由于该生产过程的反应温度很低,因此多晶硅的生产成本明显降低。以每年1000t的生产规模为例,据估计1kg多晶硅成本仅为20美元,但是还没有在实际生产中得以证明。尽管如此,在今后的研究中,硅烷法的生产工艺一定会得到改进,并将设计一套基于硅烷法的低成本生产设备[12]。该方法与西门子法比较,具有硅烷易提纯、含硅量高、分解速率快、分解率高、分解温度低、能耗低、硅产品纯度高、转化率高、副产物少等优点,但是也有突出的缺点:硅烷易燃、易爆、安全性差且粉尘多[13]。为了降低成本,硅烷的热分解过程也引入了流化床技术。该方法的优点有:(1)由于流化床分解炉无需大量的冷却水降温,能耗降低。(2)可以提高硅烷的分解速率和硅的沉积速率。缺点是制备的多晶硅纯度没有固定床分解炉高,但是完全可以满足太阳能级硅的质量要求。

1.3 氯硅烷还原法

用金属或化合物(如NH3或CH4)还原氯硅烷生产太阳能级多晶硅,Hunt列举了用此方法生产多晶硅的可能性反应[4]。但是,到目前为止,能够大量商业生产的研究主要是Na和Zn还原氯硅烷生产多晶硅。

1.3.1 Na还原法

Na还原法是分别将SiCl4和Na汽化后送入石墨反应器,SiCl4与Na直接反应生成多晶硅。反应方程式为:

SiCl4 + 4Na → Si + 4NaCl (7)

该反应的副产物NaCl为气态而Si为液态,因此,在反应器中它们以两相存在。从反应器中出来后,用一个温度保持在1425℃的坩埚收集。此时,NaCl作为气体收集,而液体硅在坩埚中收集,在1425℃条件下的收集效率可达到60%~80%。该方法生产的硅的主要杂质是Na((300~600)×10-6)和B(<25×10-6),其他的杂质含量都在5×10-6以下[14]。该方法要保证原料以及收集坩埚的纯度,它们的纯度越高,所得多晶硅的纯度就越高。

与该方法相似,用Na还原SiF4也可制取低成本的多晶硅。SiF4可以由磷肥厂的副产物H2SiF6制取。将NaF加入H2SiF6反应可制得99%纯度的Na2SiF6。反应方程式为:

H2SiF6 + NaF → 2HF + Na2SiF6 (8)

高纯Na2SiF6干燥后,在700℃下热分解得到SiF4。反应方程式为:

Na2SiF6 → 2NaF + SiF4 (9)

将Na碎粒送入装满SiF4气体的反应器中,反应器要预热到400℃,在1.01×105Pa下SiF4与Na反应生成Si。反应方程式为:

SiF4 + 4Na → Si + 4NaF (10)

反应产物Si和NaF以及少量的Na2SiF6移到石墨坩埚中,加热到1420℃以上,此时熔融的硅粒集中在下层,而NaF则聚集在上层,冷却后形成明显的2层,从而达到完全分离。Si也能用酸浸的方法分离出来。用此方法制备的硅主要杂质有:Na (1×10-6)、Cr(3×10-6)、Fe (< 7×10-6)、Ni (2×10-6)、Cu (4×10-6)、B (0.1×10-6)、P (0.2×10-6),其他杂质的含量都小于0.5×10-6 [15]。

1.3.2 Zn还原法

由于锌比氢的化学活性强,Zn-Cl键的亲和力比H-Cl键亲和力更强,早在20世纪50年代就有人用过此方法,但是该方法制备的多晶硅纯度达不到电子级,因此被西门子法取代。近来随着太阳能电池的发展,美国的Battelle Clumbus研究所[16]重新对此方法进行了研究。该方法包括3个基本步骤:(1)在含有硅种子颗粒的流化床内进行SiCl4的锌还原反应。(2)ZnCl2的熔盐电解得到Zn和Cl2,从而实现循环利用。(3)通入熔盐电解的产品Cl2,并加入原料SiO2、C和SiC或冶金级硅,合成得到SiCl4。实验设备由一个直径为50mm的石英流化床反应器构成,该反应器带有一对完整的Zn加热器,把Zn加热为气体,并带有热电偶,从而控制温度。原料SiCl4在一个单独的容器中瞬间汽化,然后从流化床的底部预加热后,进入流化床。反应的副产物通过一个石墨衬底的无压钢冷凝器,该冷凝器带有吸气机和未反应SiCl4的二次冷凝装置。在流化床中,以大约250μm的硅颗粒作为种子,将Zn粉碎并加热到900~1027℃,这时Zn为气态,在927℃条件下与SiCl4反应得到Si。反应方程式为:

2Zn(g) + SiCl4(g) → Si(s) + 2ZnCl2(g,l) (11)

用此方法制备的硅中杂质B的含量为0.02×10-6,主要杂质是Zn (3000×10-6)、Fe(5×10-6)、Ni (25×10-6)和Cu (4×10-6)[17]。由于锌挥发性高,在制作过程中可挥发掉,对制备太阳能电池没有影响。该方法具有流程短、设备少、投资少、操作简便、锌的化学活性强、沉积速度快、电耗低、生产周期短等优点。不足的是制取的硅纯度较低,不能达到电子级,但能达到太阳能级,因此该方法可制备低成本太阳能级多晶硅。周鸿军等[18,19]对锌还原法的产业化应用进行了研究分析,并报道了进展情况。日本SST公司对锌还原法进行了开发和技术深化,可以制备纯度达到6N(99.9999%)以上的多晶硅[20]。目前,日本智索、新日矿控股、东邦钛3家公司从2007年开始共同对其独特的锌还原法(JSS)制造太阳能电池用多晶硅技术进行产业化研究,可生产8~9N(99.999999%~99.9999999%)级多晶硅[21]。锌还原法已经发展成为一种生产低成本太阳能级多晶硅的工艺,生产工艺见图2[22]。

西门子法的主要副产物是SiCl4,如果将此方法用于处理西门子法的副产物,是一种不错的选择。西门子法主要生产半导体级多晶硅,而锌还原法生产太阳能级多晶硅,既能满足当前太阳能级多晶硅日益增长的需求,又减少了西门子法的生产成本,并能实现整个生产的闭路循环。

1.3.3 等离子氢还原法

等离子氢还原法是在一个30kW的等离子体反应器上进行,H2作为放电气体产生等离子,同时也作为SiCl4的还原剂,再将SiCl4直接通入反应器。在反应器中,氢气被等离子体化后解离为化学活性的原子态,原子氢再与SiCl4反应生成多晶硅。该方法一次转化率超过70%,纯度达到7N,生产成本低、能耗小,并且该方法为多晶硅生产原料的选择放宽了条件,产品纯度达到太阳能级,为低成本太阳能级多晶硅生产提供了一条新途径[23]。

2 冶金级硅精炼法

冶金级硅精炼法是以冶金级硅(98.5%~99.5%)为原料,经过冶金提纯得到纯度在99.999%以上用于生产太阳能电池的多晶硅原料的方法[24]。冶金级硅的主要杂质是Fe、Al、Ca、Ti、B和P[25],然而含量会随着地域的不同而改变。该生产过程主要有湿法精炼、火法精炼和定向凝固等步骤。

2.1 湿法精炼

湿法精炼常作为冶金级硅精炼法的第一步,将冶金级硅粉碎至20~40μm,再加入各种酸进行浸出。为了优化这个精炼过程,按不同的顺序加入酸(HCl、HF、H2SO4和王水),并控制不同操作条件(温度、浓度和时间)进行实验[26,27,28]。总的来说,通过酸浸能降低1~2个数量级的杂质[26]。通过这个过程,能除去Fe、Al、Ca等金属杂质,然而不能有效地去除B、P、C杂质。

2.2 火法精炼

火法精炼是将由惰性气体稀释后的活性气体(氯气、氧气或它们的混合物)通入熔融硅中,溶解在硅中的杂质与活性气体反应生成挥发性的气体或形成渣而去除[29]。Al、Mg、Mn和B很容易与氯气反应生成挥发性的氯化物(1400℃以上),Al、B、Mg、Ti、P、Ca和C与氧气反应生成相应的氧化物,CO2很容易被气体带走,除B和P外的其它杂质的氧化物进入渣中,B和P的氧化物很难除去。然而湿氢气作为活性气体时,能与B形成硼化氢而有效地去除杂质B。CO2作为活性气体时,能有效地去除P和C。总的来说,火法精炼能降低1个数量级的杂质,重要的是能降低主要杂质B、P和C的含量。科研人员已经对火法精炼做了大量的研究,通过设计不同的步骤和设备有效地去除杂质。如在真空炉中通过电子束的作用,硅中的磷含量能彻底地去除;液态硅在槽中精炼可以使碳含量由100×10-6降低到5×10-6,硼含量从14×10-6降低到(0.1~0.3)×10-6,磷含量从26×10-6降低到0.05×10-6[30]等。

2.3 定向凝固

定向凝固通常是作为冶金级硅精炼法的最后一步,是确保制备的多晶硅达到太阳能级的主要步骤,在冶金级硅精炼过程中起着至关重要的作用。由于在硅中,除B和P外气体杂质的偏析系数都很小,因此用此方法能有效地除去其他杂质,但是只能微弱地去除B和P。

由上述3种方法可知,单独的任何一种方法都不能制备太阳能级多晶硅。因此需要对冶金级硅精炼的各种方法按照最优化的方式组合在一起。如进行综合处理后的多晶硅的杂质含量如下:B、P、Fe、Al的含量都低于0.1×10-6;C的含量低于5×10-6 [30]。总的来说,冶金级硅精炼法不能有效地去除B和P,因此在选料时如果选用B和P含量少的冶金级硅,能制备纯度很高的多晶硅。

3 展望

多晶硅准入标准有望近期出台 篇5

据报道, 工业和信息化部电子信息司副巡视员王勃华在3月17日召开的“第六届中国太阳级硅及光伏发电研讨会”上表示, 光伏领域也要调结构并防范产能过剩等问题。他同时透露, 业界关注的《多晶硅行业准入标准》有望在近期出台。

对2010年光伏产业的前景, 王勃华持乐观态度。但他同时指出, 国内多晶硅行业仍可能存在产能过剩等问题, 出于调结构的考虑, 近期国家可能出台《多晶硅行业准入标准》, 从而使得太阳级硅行业更加健康发展。

据了解, 《多晶硅行业准入标准》主要内容涉及布局、能耗、环保、监督等众多方面。其中, 在产业布局方面, 《标准》要求企业投资中自有资金比例不得低于30%, 而且严格控制在能源短缺、电价较高的地区新建多晶硅项目, 对缺乏配套综合利用、环保不达标的多晶硅项目将不予备案。而在自然保护区、水源区、居民区等环境1000米内不得新建多晶硅企业。已在上述区域内的多晶硅企业要通过搬迁、转停产等方式逐步退出。

多晶钼酸钙薄膜化工制备的研究 篇6

关键词：多晶钼酸钙薄膜,化工,低压化学气相沉积法,高温工艺

多晶钼酸钙薄膜是一种新型的薄膜技术, 其在应用的过程中不但具备着单晶硅材料的高迁移率的特性, 而且还具有非晶硅材料的面积大、成本低的制备优势和优点, 因此在目前的社会发展中受到人们的普遍关注与青睐。在当前社会发展中, 多晶钼酸钙薄膜的制备方法主要可以分为两种, 其一指的是高温制备方法和措施, 是通过将材料置于600℃以上的温度, 并在其底部衬垫昂贵的石英, 这种制备措施和方法相对而言制备工艺较为简单, 但同时其耗材大, 成本高。其二为低温制备工艺, 是将材料置放在温度低于600℃的条件下, 其下部可以使用玻璃来代替的石英, 这就方法经常应用在大面积制作过程中, 但是由于制备较为复杂, 因此而很少人们所采用。就目前的多晶钼酸钙薄膜制备中, 常见的方法主要有固相晶化、低压化学溶液气相沉积法、准分子激光晶化法、快速热退火等等。

1 低压化学溶液气相沉积

化学溶液沉积技术是从溶液中制备薄膜材料的一种主要方法和措施。这种技术手段和方法在目前被广泛的应用在功能薄膜材料的制备工作中, 其在制备的过程中与传统的固相法相比较存在着极大的优势。其主要表现在:在制备的过程中能够精确的控制化学材料剂量和相关材料的搭配与应用比例, 并且在工作的过程中有着质量性能好、制备成本低, 材料的反复利用和回收效率好, 能源消耗较低等相关因素。同时这种制备方法和措施在应用的过程中对于材料组成的控制和形状趋向有着极大的优势, 避免工作中产生其他缺陷与影响。

多晶钼酸钙薄膜可采用钼酸钙烷气体通过化学溶液沉积的方法直接来进行提取, 并且在制备的过程中对于沉积参数的取值一般都是控制在:钼酸钙烷压力为13.3~26.6Pa, 沉积温度Td=580~630℃, 同时对于生长率都是以5~10nm/min。由于这种方法在制备的过程中温度较高, 并且极容易受到相关影响而造成普通玻璃出现软化状态, 因此在工作中极容易造成浪费现象。同时也不能够采取玻璃来代替石英进行衬底, 因此对于成本要求较高。低压化学溶液沉积技术生长的多晶钼酸钙薄膜一般都是对于晶粒控制在一定范围之内, 并对其形状容易形成“V”字形, 这就容易引起内部出现缺陷和晶粒大小不均的现象, 但是往往在控制中伴随着表面粗糙度的不断增加而出现迁移器和相关元件电学稳定性不足的不利影响。

2 固相晶化

所谓的固相晶化主要值得是在制备的过程中温度能够控制在一定的范围之内, 使得其能够低于非晶体固态发生温度, 同时对于其形成过程也处于一种简洁生成的多晶钼酸钙薄膜一样的模式。通常在制备的过程中首先是以钼酸钙烷气体作为原材料, 用化学沉积法方法在550℃左右沉积薄膜, 然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化, 再在温度稍低的时候出现晶核, 随着温度的降低熔融的钼酸钙在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶钼酸钙薄膜。使用这种方法, 多晶钼酸钙薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素, 在700℃以下的退火温度范围内, 温度越低, 成核速率越低, 退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大;而在700℃以上, 由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并, 使得在此温度范围内, 晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明, 利用该方法制得的多晶钼酸钙晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关。人们通过对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究, 发现初始材料越无序, 固相晶化过程中成核速率越低, 晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的, 因此, SPC多晶钼酸钙薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒, 需要进行氢化处理来提高SPC多晶钼酸钙的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜, 晶粒尺寸大于直接沉积的多晶钼酸钙。可进行原位掺杂, 成本低, 工艺简单, 易于形成生产线。

3 准分子激光晶化

准分子激光晶化主要是对于固相晶化制备工艺而言的, 可以说这种方法在应用的过程中对于制备多晶钼酸钙更为理想和有效。准分子激光晶化在制备的过程中其主要的原理在于利用瞬间激光脉冲产生的高能量来射入非经钼酸钙薄膜的表面, 一般都是将其控制在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应, 使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右, 从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中, 激光脉冲的瞬间 (15~50ns) 能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能, 因此, 不会有过多的热能传导到薄膜衬底, 合理选择激光的波长和功率, 使用激光加热就能够使薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃, 可以采用玻璃基板作为衬底, 既实现了薄膜的制备, 又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短, 衬底发热小。

4 快速热退火

一般而言, 快速退火处理过程包含三个阶段:升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开, 温度就随着时间而上升, 这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后, 温度就处于一个稳定阶段。最后, 当退火炉的电源关掉后, 温度就随着时间而降低, 这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶钼酸钙作为初始材料, 进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上, 纳米钼酸钙晶粒能在非晶钼酸钙薄膜中形成, 而且所形成的纳米钼酸钙晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中, 若单位时间内温度变化量较大时 (如100℃/s) , 则所形成纳米钼酸钙晶粒较小 (1.6~15nm) ;若单位时间内温度变化量较小 (如1℃/s) , 则纳米钼酸钙粒较大 (23~46nm) 。

结束语

多晶硅装置外排废水的利用 篇7

1 外排水的综合利用

1. 1 蒸汽冷凝液回收到锅炉除氧器

原设计是蒸汽冷凝液要回收到脱盐水站的原水箱中, 经过脱盐水站处理后产生脱盐水。蒸汽冷凝液与原水混合后水温较高, 易产生大量的藻类, 加大了清洗水箱和更换滤袋的频率, 也增加了运行成本, 况且80℃的蒸汽冷凝液要经过换热降低到25℃ , 热量浪费更严重。为了降低成本、回收热量, 且根据生产统计数据, 蒸汽冷凝液的相关指标完全可以满足蒸汽锅炉使用的要求, 因此把蒸汽冷凝液回收至锅炉除氧器是完全可行的。蒸汽冷凝液与蒸汽锅炉使用的脱盐水水质对比见表2。

1. 2 脱盐水的清净下水回收到循环水站

脱盐水站正常运行时, 产生80 m3/ d的清净下水, 通过市政污水管网外排。通过回收利用, 不但可以降低生产成本, 而且还可缓减环保压力。通过反洗水水质与循环水补水水质的比较, 按照工业循环冷却水处理设计规范 ( GB 50050 - 2007) 和工厂半年的试验, 清净下水完全可满足循环水的使用。循环水水质与脱盐水站清净下水水质对比见表3。

1. 3 到废气淋洗站、循环水站

废气淋洗站正常生产需要60 m3/ d的补水, 来源于自来水管网。废气淋洗站的淋洗水对水质要求不太苛刻 ( 不含重金属) 。循环水站的补水来自自来水管网。通过水质比较, 按照工业循环冷却水处理设计规范 ( GB 50050 - 2007) 和工厂半年的试验, 外排水完全可以用到废气淋洗站、循环水站。

外排水水质与循环水水质对比见表4。

1. 4 用于绿化用水

目前, 绿化用水水量为450 m3/ d, 从低压消防水管网中取水。通过表5中外排水与绿化用水两种水质的比对, 除了浊度超标外, 其余指标都达到绿化用水 ( 《生活杂用水水质标准》CJ25. 1 - 198) 的水质标准。经过半年的试验, 外排水对绿化植物的生长无影响。

2 经济分析

2. 1 蒸汽冷凝液回收到锅炉除氧器

1) 回收蒸汽冷凝液热量计算

蒸汽冷凝液温差按65℃计算, 流量15 m3/ h, 每天按24 h计算, 比热为4. 2×103J / kg, 每天回收的热量:

热效率按92% 计算, 可利用热量Q1= Q×92% = 9. 037×107k J

2) 折合原煤计算

原煤的热值按20 920 k J/kg计算:

3) 效益分析

减少处理水15 t/h, 每吨按10元成本计算, 共节约3 600元/天; 原煤价格按650元/t, 每年可节约成本239. 112万。

2. 2 脱盐水的清净下水回收到循环水站

将脱盐水的清净下水经过滤器反洗水引至循环水补水, 按500 m3/ d补充至循环水站计算 ( 自来水价格暂按2. 8元/ m3计算) , 每天节约成本1 400元, 年节约成本50. 4万元。

2. 3 回收到废气淋洗站、循环水站

外排废水回收到废气淋洗站: 以每天补水用水60 m3, 一年300天计算, 节约成本5. 04万元/年。外排废水回收到循环水站: 以每天补充用水1 000 m3, 一年300天计算, 可节约自 来水300 000 m3, 节约水费84万元/年。两项共节约89. 04万元 / 年。

2. 4 回收到绿化用水

绿化用水450 m3/ d, 一年可节 约自来水164 250 m3, 水费按2. 0 /元m3元计, 每年可节约水费32. 8万元。

2. 5 投入与产出的对比

上述技术改造项目的投入 与产出对 比见表6。

3 结语

通过改进, 每天回收了冷凝液的热量9. 828×107k J, 每天可以回收外排废水约150 0 m3 ( 绿化回收用约450 m3, 循环水站 及其他回 收105 0 m3) , 每年可节约自来水约55万m3。不仅降低了生产成本, 提高了经济效益, 而且提高了水资源的重复使用率, 具有较大的社会效益。目前, 该项目已经实施。

参考文献

[1]北京市环境保护科学研究院.GB8978-1996污水综合排放标准[S].北京:中国标准出版社, 1998.

[2]国家环保总局.GB3838-2002地表水环境质量标准[S].

[3]GB18918-2002生活污水排放标准[S].

多晶硅制备工艺及发展趋势分析 篇8

关键词：多晶硅,制备工艺,发展趋势

按照硅含量纯度, 可以将多晶硅分成是太阳能级硅和电子级硅。在可持续发展战略下, 太阳能资源的开发和利用得到了足够的重视, 而进行太阳能级硅的制备则成为新的研究话题。因此, 相关单位有必要对多晶硅的制备工艺及其发展趋势进行研究, 以便更好的进行太阳能级多晶硅的生产, 继而促进多晶硅产业的可持续发展。

1 多晶硅制备工艺概述

随着人们对太阳能资源的开发利用程度的逐渐加深, 多晶硅的需求量也在不断增加。在这种趋势下, 多晶硅的制备工艺、技术得到了创新和发展, 以便进行多晶硅生产产能的提高和生产成本的降低。就目前来看, 多晶硅的制备已经出现了诸多工艺, 主要可以划分成化学方法和物理方法, 而西门子法、冶金法和流化床法是较为常见的三种多晶硅制备工艺。

1995年, 西门子公司利用Si HCL3进行了CVD反应, 从而创建了高纯多晶硅的制作工艺, 后来则被称之为西门子法。而冶金法则是利用纯度较高的工艺硅进行硅锭的生产, 并利用反复提纯法进行多晶硅的制作。利用冶金法进行多晶硅的制备, 不仅可以得到太阳能级多晶硅, 还能减少制备多晶硅给环境带来的伤害。而所谓的流化床法, 则是通过在硅源气中加入小颗粒硅粉, 并在流化床反应炉中利用混合物的连续热分解反应进行多晶硅产品的制作[1]。相较于其他多晶硅制备工艺, 利用流化床法所得的硅具有沉积均匀性好的特点, 可以用来进行大规模太阳能级多晶硅的生产。此外, 碳热还原反应法、热线法和气液沉积法等方法都可以用来进行多晶硅的制备。但是相较于西门子法、冶金法和流化床法, 其他的制备工艺都存在着一定的缺陷。

2 多晶硅制备工艺发展趋势分析

2.1 西门子工艺的不断改进

利用西门子法可以进行高纯多晶硅的制备, 但是生产的产能却不高。所以, 近年来, 西门子工艺得到了不断的改进, 以便进行改良西门子法的开发。一方面, 原有西门子法的生产尾气分离工艺得到了改进, 从而使得系统的能耗得以降低的同时, 系统分离气体的纯度也得到了提高。另一方面, 在原有西门子法的还原炉设备结构得到改造后, 西门子法的炉内气体温度不宜控制、一次性转换率低的缺点则得到了改善[2]。而改良后的西门子法则出现了产生大量有害气体和多晶硅纯度不高等问题, 仍然需要得到不断的改进。

2.2 流态化技术方法的不断完善

相较于西门子法, 流态化技术方法具有能耗低、产能大和环境危害低的特点。所以, 流态化技术方法在近年来得到广泛的应用和发展。在完善流化床方法方面, 一些可再生能源公司展开了试验流化床生产, 以便进行粒状高纯度的多晶硅的生产。但是, 由于流化床法是一种集多种技术和学科知识为一体的制备工艺, 所以在制备多晶硅的过程中具有很多复杂因素, 需要得到进一步的解决。就目前来看, 由于流态化过程中会产生纳米级的无定形硅粉, 从而造成了多晶硅的生产率得到了降低。此外, 这些硅粉附着在颗粒多晶硅产品上, 也对产品的质量形成了影响。因此, 想要在制备多晶硅上进一步进行流态化技术方法的运用, 则需要对硅颗粒的污染等问题进行不断的改善。

2.3 物理法工艺体系的不断完善

对于大多数广发企业来讲, 冶金法是较为常用的多晶硅制备工艺。就目前来看, 冶金法被用于进行太阳能电池的生产上, 以便进行太阳能电池的转换效率的提高。但就目前来看, 冶金法存在着多晶硅纯度不理想和质量稳定性不足的问题, 从而限制了该工艺的发展[3]。但是, 相较于其他制备工艺, 冶金法具有投资小、能耗低和污染小等特点。所以, 冶金法仍然在多晶硅生产领域占据着重要的地位。而随着相关工艺技术的发展, 人们也开始致力于研究如何完善冶金法的工艺体系问题, 以便更好的进行多晶硅制备的物理法工艺的应用。

3 结语

总而言之, 在可再生资源得到充分重视的情况下, 多晶硅的制备问题也同样引起了人们的关注。而就目前来看, 虽然多晶硅的制备工艺有很多, 但是每种工艺在产能、能耗和环境污染等方面有着各自的特性, 无法完全满足多晶硅的生产需求。所以, 人们开始对西门子工艺进行不断改进, 并对流态化技术和冶金法工艺体系进行不断完善, 以便更好的进行多晶硅制备工艺的利用, 继而确保多晶硅生产的可持续发展。

参考文献

[1]董培讲.多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展[J].黑龙江科技信息, 2014, 15 (01) :28.

[2]徐远志.高纯多晶硅在线制备技术及发展趋势[J].云南冶金, 2012, 13 (41) :75-79.