《冶金法從多晶矽中去除硼和非金屬夾雜物的基礎研究》是依託北京科技大學，由張立峰擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：冶金法從多晶矽中去除硼和非金屬夾雜物的基礎研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張立峰
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前太陽電池的85%以上使用矽材料。2011年全球多晶矽產量為24萬噸，中國產量為8.4萬噸，但高成本的生產工藝阻礙了持續發展。本項目針對冶金法製備太陽級矽過程中雜質硼和磷難以去除的難題，以北京科技大學為依託，聯合昆明理工大學和中南大學組成聯合團隊，開展“冶金法去除多晶矽中硼和非金屬夾雜物的基礎研究”，主要包括：（1）金屬矽熔體中硼的熱力學性質的計算；（2）研究非金屬夾雜物相、耐火材料相和渣相與矽熔體之間的界面行為；（3）真空條件下“吹氣+噴粉造渣”複合精練法去除矽中硼的基礎研究，得到有利於硼去除的熱力學條件和動力學條件；（4）電磁淨化法去除矽液中非金屬夾雜物的基礎研究，得出電磁淨化去除夾雜物的最優參數。通過上述研究，為冶金矽中元素硼和非金屬夾雜物顆粒的有效去除提供理論基礎，同時為其他雜質元素的去除提供理論依據和研究思路，為創建冶金法製備太陽級矽的低能耗新技術奠定基礎，推動光伏產業的蓬勃發展。
結題摘要
本項目針對冶金法生產高純多晶矽做出了一系列基礎研究，揭示了B等雜質和Si3N4等夾雜物的脫除機理，提出了強化調控機制，並進行噸級中間試驗，建立了冶金矽精煉最佳化工藝制度，為冶金法生產高純多晶矽提供了重要的理論依據和研究思路，促進冶金法多晶矽的產業化發展。 根據任務書的規定，開展了以下主要研究內容： （1）金屬矽熔體中B的熱力學性質的計算：系統計算了二元、三元、四元矽基熔體內各組元在1693-1873 K的熱力學性質，為冶金法精煉除B提供了重要的熱力學理論依據，彌補了現有資料庫的不足，豐富了冶金熔體基礎參數。 （2）非金屬夾雜物相、耐火材料相和渣相與矽熔體的界面行為研究：基於高溫共聚焦顯微鏡線上研究手段，揭示了矽中Si3N4夾雜物的析出、生長行為規律；明晰了矽中Fe等典型金屬對SiC夾雜物析出行為和界面性質的影響規律；揭示了矽熔體及CaO-SiO2-CaF2等渣劑鹼度等多因素對耐材的潤濕及滲透深度的影響規律，明晰了矽熔體精煉過程中耐材的影響機制；為夾雜物去除、耐材合理選擇奠定了研究基礎； （3）造渣吹氣聯合精煉強化去除矽液中B雜質的研究：揭示了造渣精煉過程中B反應遷移規律及助劑的強化除B機理，建立了助劑強化除硼造渣精煉機制；揭示了造渣精煉過程中耦合吹氣精煉對B遷移氣化行為規律，建立了造渣吹氣聯合精煉除硼的強化機制；揭示出吹氣管浸入深度對流場的影響規律，實現了流場最佳化；完成了造渣精煉、造渣吹氣聯合精煉的噸級中間試驗，建立了造渣吹氣聯合精煉最佳化工藝制度，成功將矽中B雜質含量降低至0.1-0.3 ppmw，為冶金法提純多晶矽瓶頸問題的解決提供有效的解決方案。 （4）電磁淨化法去除矽液中非金屬夾雜物的基礎研究：建立了非金屬夾雜物被矽凝固前沿捕捉的理論模型，有效預測了夾雜物在凝固矽錠中的具體位置；揭示了電磁淨化機理及凝固前沿對夾雜物的捕捉機制，明確了電磁工藝參數對夾雜物去除的影響規律，實現了電磁淨化最佳化；設計了一種連續生產矽錠的裝置，實現矽液的連續電磁淨化處理。
