揮發性渣氣去除冶金級多晶矽中雜質的物理化學研究

揮發性渣氣去除冶金級多晶矽中雜質的物理化學研究

《揮發性渣氣去除冶金級多晶矽中雜質的物理化學研究》是依託四川大學,由王燁擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

  • 中文名:揮發性渣氣去除冶金級多晶矽中雜質的物理化學研究
  • 項目類別:青年科學基金項目
  • 項目負責人:王燁
  • 依託單位:四川大學
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

相對於廣泛套用的改良西門子法,由冶金法從低純度的冶金級多晶矽(99.99%)精煉出高純度太陽能級多晶矽(99.9999%)具有低成本、高產出、可持續生產的優點。但是,隨著改良西門子法的發展,冶金法的低成本優勢已經不再明顯,所以如何減少環節從而降低成本和如何提高雜質去除率是當前研究冶金法技術的主要方向。.本項目擬首先採用差熱差重法、浮力法、旋轉法研究CaO-SiO2-CaCl2三元渣系的物理化學性質;其次通過對除雜過程中的熱力學、動力學過程計算和測定,建立微觀機理模型,確定傳質過程中的限制性環節;最後利用等揮發性渣系的同時通入NH3等反應性氣體對矽熔體進行造渣吹氣精煉,通過先氧化後氯化或氮化的原理去除冶金級矽中硼、磷和金屬元素,提高精煉效率從而簡化冶金法的步驟環節,為進一步完善低成本冶金法製備太陽能級多晶矽技術提供理論依據,也為利用冶金法開發太陽能電池材料提供新的思路。

結題摘要

相對於廣泛套用的改良西門子法,由冶金法從低純度的冶金級多晶矽(99.99%)精煉出高純度太陽能級多晶矽(99.9999%)具有低成本、高產出、可持續生產的優點。但是,隨著改良西門子法的發展,冶金法的低成本優勢已經不再明顯,所以如何減少環節從而降低成本和如何提高雜質去除率是當前研究冶金法技術的主要方向。本項目擬首先採用差熱差重法、浮力法、旋轉法研究CaO-SiO2-CaCl2三元渣系的物理化學性質。利用熱力學計算軟體Factsage和HSC Chemistry 6.0軟體分析標準狀態下不同反應性熔渣和反應性氣體(NH3、H2O)與矽熔體和雜質的反應熱力學。得出B、Mg、Al易蒸發去除,而Fe、Ti不易去除的結論。並測定1293~1570K下CaO-SiO2-CaCl2三元渣系粘度範圍為0.155~1.122 Pa·s,表面張力為0.218~0.463N·m-1。其次通過對除雜過程中的熱力學、動力學過程計算和測定,建立微觀機理模型,確定傳質過程中的限制性環節;在1723K高溫下,把氨氣氣管通入渣液中,產生氣泡界面效應與邊界層。其矽中除硼反應機理模型分為(1)矽中傳質,(2)渣矽界面反應,(3)渣中傳質,(4)渣氨界面反應,(5)表面反應,(6)氣相擴散,限制環節為硼在渣中的傳質。通過模擬研究了邊界層的厚度。邊界層的厚度直接影響傳質效率,對邊界層的研究有利於進一步明晰反應體系中的微觀行為。最後,通入NH3等反應性氣體對矽熔體進行造渣吹氣精煉,通過氧化、氯化或氮化的原理去除冶金級矽中硼、磷和金屬元素,提高精煉效率從而簡化冶金法的步驟環節。在1823K下,把NH3氣通入CaO-SiO2-CaCl2渣中,渣矽質量比2:1。結果表明,在1小時後硼在矽中濃度由80ppmw降低到1.5ppmw,3小時後降低到0.3ppmw,理論上10小時後可降低到0.1ppmw。實際硼含量與理論曲線的相關係數分別為0.98(1823K),0.92(1773K)與0.86(1723K)。因此,本項目為進一步完善低成本冶金法製備太陽能級多晶矽技術提供理論依據,也為利用冶金法開發太陽能電池材料提供新的思路。

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