多晶硅定向凝固炉

Vol.29No.5May2008铸造技术

FOUNDRYTECHNOLOGY

今日铸造 Today sFoundry

太阳能级多晶硅定向凝固技术的研究进展

武冠男,张 军,刘 林,傅恒志

(西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安710072)

摘要:随着太阳能光伏产业在全球范围内的迅猛发展,作为太阳能电池最基础的原材料 高纯多晶硅,在全球范围内严重短缺,迫切需要发展一种高效率低成本的太阳能级多晶硅的制备方法。在各种生产多晶硅的方法中,定向凝固多晶硅因其成本低、环境污染小,工艺相对简单、成熟,且能直接使用冶金级硅为原料的特点,被寄予很大的希望来实现大规模太阳能级硅的生产。本文综合评述近年来太阳能级多晶硅定向凝固技术的研究进展,着重阐述冶金级硅中磷和硼的提纯,以及多晶硅定向凝固组织和缺陷的控制,并提出今后的研究发展方向。关键词:太阳能级多晶硅;定向凝固;提纯

中图分类号:TG244+.3 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2008)05 0673 05

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1……加热器位置对多晶硅定向凝固热场的影响

2……多晶硅铸锭炉的三维热场分析

3……多晶硅铸锭炉隔热笼的优化及热-结构耦合分析

4……多晶硅铸锭过程中行波磁场作用下的传热流动特性研究

5……铁杂质对真空定向凝固多晶硅电阻率的影响研究

6……多晶硅铸锭内嵌杂质引发热应力的数值分析

7……基于ANSYSWorkbench的铸锭炉加热体的热-电耦合分析

8……保温时间对定向凝固法提纯多晶硅的影响

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摘要

光伏阵列将太阳能转化为电能成为一个经济体的替代能源发电，提供一个低成本材料的充足供应。一个关键的要求经济光伏电池价格合理的硅。目前，光伏产业是依赖于多晶硅的精制过程主要由西门子集成电路，电力deviczs，和半导体分立器件。此相关性预计将持续到美国能源部赞助的低硅冶炼技术的发展成熟，他们在商业点使用。光伏产业可以发展自己的供应源。自1979以来，喷气推进实验室的技术开发应用铅中心，现在的程序分析与整合中心，定期检查精制硅的有效性和美国能源部的地位发起的低成本硅精炼技术发展。三报告已经公布，进行的调查的基础上由喷气推进实验室顾问在1979，1.981，和1983。本报告更新的硅材料的供应和市场定价预测的1988，根据收集的数据在1984年初。它也综述了硅炼油工业计划来满足日益增长的需求该半导体器件和光伏产品行业。一段该报告已于美国能源部赞助的技术研究综述用于生产低成本的探讨，微晶硅，成本的概率分析的两个最有前途的生产过程，实现能源成本的目标，和DOE光伏硅精炼程序的影响在商业多晶硅炼油工业的研究。

多晶硅产业政策

2011年，中国太阳能电池产量占全球光伏市场五成的份额，向欧洲市场出口光伏组件11.4GW，占据全部出口量的74.7%，所以欧洲各国光伏政策直接决定全球未来的光伏走势，中国的政策影响着未来光伏产业的发展，而作为新兴光伏市场的美国、东南亚等国家的能源政策影响着未来光伏的分布。

欧洲市场

2005年，欧盟发起可再生能源运动，这是驱动欧洲光伏产业发展的重要标志。欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙等国先后颁布了可再生能源法案。欧洲各国通过给予大量补贴和政策优惠，加速驱动了光伏产业的发展，目前欧洲是全球最大的太阳能消费市场。以德国、西班牙、意大利、捷克、法国、比利时、英国等光伏热点国家为代表的欧洲光伏市场政策直接关系着未来光伏市场的发展。

1、 德国，上网补贴持续下降

2010年7月，德国联邦参议院通过了可再生能源法光伏发电上网补贴修订案，7月1日后在德境内建造光伏发电系统补贴额减少13%，转换地区（原非电站用地改成电站用地）补贴额减少8%，其他地区补贴额减少12%。到2010年10月1日，补贴额将在7月1日的基础上再减少3%。其补贴逐渐递减的政策，清晰地传达了德国政府逐步放手，试探并鼓励光伏产业降低成本、自主发展的意图，如下

多晶硅专业英文词汇 A：

a-si 无定形硅

amorphous 无定型的，无组织的 Arsenic 砷 Acceptor 受主 B：

Boron 硼

Block 模块，单元

Basic design package 基本设计包，工艺包 Bulk metals 体内金属 Bulk 批量的、大批的 C：

Chlorine 氯气['kl?:ri:n]Liquid chlorine 液氯Chloride 氯化物['kl?:raid] CVD chemical vapour deposition 化学气相积淀 Crucible.坩锅

Cost simulation 成本估算 Commissioning 调试 Chlorosilanes 氯硅烷

convertor氢化炉（STC to TCS convertor）[k?n'v?:t?(r)] Czochralski crystal growth 直拉单晶 Coke 焦炭 Chunk 大块 Chuck 卡盘 D：

Dopant 掺杂物，掺杂剂['d?up?nt]Distillation 精馏，蒸馏[?disti'lei??n]Discomposition 分解 Doping (半导体)掺杂(质), 加

清洗方案

多晶硅设备的清洗主要工艺为酸洗、脱脂、钝化、干燥等，其中最关键是脱脂工艺和干燥技术。油脂和水对多晶硅的产品有巨大影响。因此在多晶硅设备的清洗中，以脱脂工艺和干燥工艺为要点。主要清洗还原炉、氢化炉、CDI设备、合成车间、还原氢化车间、精馏系统、中间罐、管道等主要设备。并且为了保证脱脂和干燥的质量，多晶硅设备清洗需要对单台设备进行单台清洗并验收后，再进行安装。

一、污垢主要对多晶硅影响因素

1、油脂：在多晶硅生产过程中，油分子对多晶硅的危害十分严重。实际证明，整个工艺系统几PPM的油含量就可能造成多晶硅反应速度减慢，产量降低，甚至硅反应停止。因此，多晶硅设备的脱脂工艺尤为重要。

2、水分：水中含有大量的氯离子，氯离子对多晶硅的反应十分敏感。设备及系统干燥工艺很关键。

3、氯离子残留：水和其他溶液在设备表面残留的氯离子对多晶硅影响十分大。因此，在清洗后对设备进行纯水冲洗工艺十分重要。

4、氧化物、灰尘其他杂质：其他污垢的存在，对多晶硅的生产影响也很大。因此，在设备清洗过程中，采用酸洗工艺对其他污垢进行清洗十分必要。

二、国内大、中型化工生产装置清洗现状

国外对设备、管道的清洗十分重视，有专门从事清洗的研究机构。再国外，设计单位在设计化工工艺流程及要求时已

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Boron 硼

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安徽职业技术学院

中能硅业方向

安徽职业技术学院 毕业论文(设计)

( 2008届 )

设计题目 中能硅业探索

系部 化工系

班级

生化821班 专业 生物化工工艺 学号 2008277041 作者姓名 周超 指导老师 徐灏溪 2011完稿时间 ．03.22 成绩

- 1 -

安徽职业技术学院

中能硅业方向

目 录

摘要 ?????????????????????????????? 4 英文摘要 ???????????????????????????? 4 第一章 概述 ???????????????????

多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

作者：admin 来源：http://www.77cn.com.cn 文章点击数：

7 多晶硅 单晶硅 非晶硅的区别

名 称： 单晶硅

英文名： monocrystalline silicon 分子式： si

单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅲa族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅴa族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于

高中物理教学艺术

的设备之一。它通过使用化学方法得到的高纯度硅
熔融，调整成为适合太阳能电池的化学组成，采用定
向长晶凝固技术将溶体制成硅锭。这样，就可切片
供太阳能电池使用。
多晶硅铸锭炉采用的生长方法主要为热交换法
与布里曼法结合的方式。这种类型的结晶炉，在加
热过程中保温层和底部的隔热层闭合严密，保证加
热时内部热量不会大量外泄，保证了加热的有效性
及加热的均温j生。开始结晶时，充入保护气，装有熔
融硅料的坩埚不动，将保温层缓慢向上移动，坩埚底
部的热量通过保温层与隔热层之间的空隙发散出
去，通过气体与炉壁的热量置换，逐渐降低坩埚底托
的温度。在此过程中，结晶好的晶体逐步离开加热
区，而熔融的硅液仍然处在加热区内。这样在结晶
过程中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有利于
晶体的生长。其特点是液相温度梯度dT／dX接近
常数，生长速度可调。
通过多晶硅铸锭法所获得的多晶硅可直接获得
方形材料，并能制出大型硅锭；电能消耗低，并能用
较低纯度的硅作投炉料；全自动铸锭炉生产周期大
约50 h可生产200 kg以上的硅锭，晶粒的尺寸达到
厘米级；采用该工艺在多晶硅片上做出电池转换效
率超过14％ 。
多晶硅铸锭炉融合了当今先进的工艺技术、控
制技术、设备设计及制造技术，使它不仅具有完善的
性能，而