采用Si-Cu合金定向凝固法提純太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的工藝研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種巨大的清潔可再生能源,太陽(yáng)能發(fā)電可能成為未來(lái)解決能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑,已經(jīng)得到了世界各國(guó)的普遍重視。硅是制備太陽(yáng)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(jí)硅廢棄料作為制備太陽(yáng)能電池的原料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(mén)子)由于其高成本、高能耗、高污染、高危險(xiǎn)等原因而不能成為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)工藝。在此背景下,冶金法提純太陽(yáng)能級(jí)多晶硅迎得了發(fā)展機(jī)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(diǎn)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(diǎn)硅合金定向凝固工藝提純太陽(yáng)能級(jí)多晶硅已漸漸成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)。
　　 本文采用自行設(shè)計(jì)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(jìn)行硅銅合金定向凝固提純工藝的實(shí)驗(yàn)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(guò)程中組織成分分布,定向凝固對(duì)雜質(zhì)元素的去除和拉錠速度對(duì)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(xì)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(duì)鑄錠的成分進(jìn)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(méi)有明顯在雜質(zhì)富集和過(guò)渡相存在。
　　 3.硅銅合金相對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)雜質(zhì)元素的分凝效果有影響作用,在三