太阳能级多晶硅的制备范例.pptx

太阳能级多晶硅的制备 组长：张嘉懿 组员：常胜亮、王云杉 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 目录 太阳能级多晶硅市场需求和生产现状 1 太阳能级多晶硅生产技术重点介绍 3 太阳能级多晶硅生产技术与发展趋势 2 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 太阳能级多晶硅国内现状 多晶硅是太阳能光伏产业最主要、最基础的功能性材料。太阳能光伏电池包括单 晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池，其中多晶硅太阳能电池占太阳能电池市场份额的 55% 以上 。随着绿色能 源战略的实施，我国在光伏研究和产业方面取得了较快发展，太阳能级多晶硅市场需求得以继续保持旺盛的势头，预计在未来数年内，多晶硅的需求将持续以40% 左右的速度增长。 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 太阳能级多晶硅国外现状 1994年, 全世界太阳能电池总产量仅69MW，而2004年就接近1200MW，对上游多晶硅材料的需求已经接近 1?4万吨，在短短的10年里就增长了17倍。 世界多晶硅主要生产企业有日本Tokuyama公司，德国Wacker 公司等，其年产能绝大部分在1000t以上，其中Tokuyama、Hemlock、Wacker 3个公司生产规模最大，年产能均在5000t以上。10大厂商基本垄断全球多晶硅材料产业，其中 Tokuyama、Wacker、Hemlock、SGS 4家厂商主要供应太阳能级多晶硅材料，产量见表。 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 太阳能级多晶硅生产工艺 多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，晶粒结晶形成多晶硅。多晶硅按照纯度分类可以分为冶金级、太阳能级、电子级。太阳能级硅的纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，一般认为含 S i质量分数为 99?99% ~ 99?9999% 。过去太阳能级硅主要来自电子级硅的等外品以及单晶硅头尾料、锅底料等，年供应量很小。随着光伏产业的迅猛发展, 太阳能级多晶硅需求量迅速增长。 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 改良西门子法 改良西门子法又称闭环式三氯氢硅氢还原法, 其工艺技术主要分为 4步。 硅烷热分解法 硅烷是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状晶硅。目前，用此技 术批量生产多晶硅的只有MEMC Pasadena公司。 流化床法 流化床法是美国联合碳化合物( UCC）公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。该方法是以SiCl4、HC 、lH2 和工业硅为原料，高温高压流化床内生成 SiHC l3，将SiHC l3 再进一步加氢反应生成SiH2C l2，继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应, 生成粒状晶硅产品。 冶金法 冶金法最早是由日本川崎制铁公司于1996年起在日本新能源和产业技术开发组织 ( NEDO ) 的支持下开发的由工业硅生产太阳能级硅的方法。冶金法主要采用冶炼的方法对工业硅进行提纯，主要包括吹气精炼、电子束熔炼、定向凝固、造渣提纯、湿法精炼、等离子束熔炼、真空电子束提纯等方法。通常采用几道工序相结合，经过几道工序后将金属硅中的杂质去掉，从而达到太阳能级多晶硅的要求。 碳热还原法 碳热还原法是新发展的制备太阳能级多晶硅的工艺之一，碳热还原法使用高纯碳黑还原高纯二氧化硅，再进行脱碳，得到较高纯度硅料。碳黑是用热 HC l浸出过，使其纯度和氧化硅相当，因而其杂质含量得到了大幅度降低。 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 太阳能级多晶硅生产技术与发展趋势 中南大学 2017-4-9 2017-4-9 冶金法的发展过程 冶金法提纯多晶硅是指采用物理冶金的手段 ，在硅不发生化学反应的情况下，依次去除硅中各种杂质的方法，它不是单一的制备方法，而是一种集成法。冶金法的渊源最早可以追溯到1931年，ＳcheuerＥ。提 出 了金属在凝固过程中的分凝效应，为 凝固提纯提供了 理论及实验依据。在其后近50年时间内，冶金法提纯多晶硅一直为人们所重视，不断有学者通过理论和实验得到了各种杂质在硅中的分凝系数及扩散系数，并最 终在 1986年前后总结出了硅中杂质元素的基本性质，由 Hopkins和 Rohatgi从理论上计算出冶金法提纯多晶硅的极限是7N（99.99999％）。 由于当时多晶硅主要作为半导体的基体材料，纯度需要达到9N以上， 冶金手段远远满足不了要求，因此对冶金法的研究渐渐淡出人们的视野。 ２０世纪８０年代开始，太阳能光伏产业逐渐兴起， 基板材料主要使用纯度大于6N的多晶硅，光伏产业的