太阳能级多晶硅的冶金制备研究

【摘要】：3E，即能源(energy)、经济(economy)和环境(environment)，被称为人类文明可持续发展所面临的三大课题。能源的短缺、环境的恶化成为了制约经济可持续发展的瓶颈因素。当传统的燃料能源一天天减少的时候，人们把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。其中太阳能以分布广泛、储量丰富、清洁无污染等优点成为解决能源危机和环境污染的首选新能源。世界光伏产业年平均超过30％的快速增长拉动了对原料太阳能级多晶硅的需求，如今太阳能级多晶硅的需求已经超过了电子级多晶硅，因此研究高效率低成本的太阳能级多晶硅的制备方法具有现实意义。 如今生产太阳能级多晶硅主要采用改良西门子法，但此法能耗大污染重，而且由于国外技术封锁，我国至今还未掌握核心技术。本研究的目的是发展具有自主知识产权的能耗污染相对小的冶金法制备太阳能级多晶硅新技术。 本研究采用真空感应熔炼并结合定向凝固的方法直接由工业硅制得多晶硅锭，免去了高纯多晶硅的生产环节，环境污染轻，对外依赖性小。实验中自行设计了一台将真空感应熔炼技术与定向凝固技术相结合的实验装置，并在此基础上探索了工业硅的真空感应熔炼及定向凝固工艺，成功地制得了多晶硅锭。 利用金相显微镜、电子探针和电感耦合等离子体发射光谱仪对样品进行了金相组织、杂质分布以及纯度分析。定向凝固得到的大晶粒柱状晶使得晶界对光电转换效率的影响减小。电子探针观察到金属杂质易在晶界处偏聚，此时晶界将具有电活性，会显著降低少数载流子寿命，杂质的偏聚程度对少数载流子寿命的影响规律还有待于进一步研究。本研究还分别讨论了磷杂质和金属杂质的去除情况。 【关键词】：太阳能级多晶硅 真空感应熔炼 定向凝固
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TF19
【目录】：

• 独创性说明2-3
• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-25
• 1.1 立题背景7-9
• 1.1.1 能源危机7-8
• 1.1.2 我国太阳能资源状况8-9
• 1.2 太阳电池9-16
• 1.2.1 光伏效应9-12
• 1.2.2 转换效率及其影响因素12-14
• 1.2.3 太阳电池的种类14-16
• 1.3 太阳能级多晶硅的制备方法研究现状及前景16-24
• 1.3.1 传统制备方法17-19
• 1.3.2 太阳能级多晶硅制备新工艺19-22
• 1.3.3 我国多晶硅生产研究现状22-24
• 1.4 本论文的研究目的和主要研究内容24-25
• 2 实验原理与方法25-38
• 2.1 真空熔炼验原理25-29
• 2.1.1 真空熔炼热力学25-27
• 2.1.2 真空熔炼动力学27-29
• 2.2 感应加热的物理基础29-35
• 2.2.1 电磁感应与涡流热29-31
• 2.2.2 集肤效应与透入深度31-33
• 2.2.3 邻近效应与圆环效应33-34
• 2.2.4 电磁力的作用34-35
• 2.3 定向凝固原理35-38
• 3 实验内容与操作38-43
• 3.1 坩埚选择及选料38
• 3.2 电源频率的选择38-39
• 3.3 实验设备39-40
• 3.4 实验步骤40-43
• 4 实验结果与讨论43-56
• 4.1 实验坩埚设计43
• 4.2 实验工艺探索43-46
• 4.3 金相组织分析46
• 4.4 杂质元素分布分析46-47
• 4.5 杂质去除分析47-56
• 4.5.1 磷的去除47-50
• 4.5.2 金属杂质的去除50-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书62

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

冷坩埚原理及其在多晶硅制备中的应用    黄锋;陈瑞润;郭景杰;丁宏升;杨劼人;苏彦庆;傅恒志;

高频感应炉制备碳化钛粉的研究    森维;徐宝强;杨斌;孙红燕;宋建勋;万贺利;戴永年;

冶金方法在太阳能级多晶硅制造中的应用    李景江;张廷安;李瑞冰;

太阳能级多晶硅生产工艺的现状与发展    王恩俊;武锦涛;银建中;赵建;

基于Al-Si合金熔体的冶金级硅纯化新工艺    罗坤;刘颖;李军;高升吉;

太阳能光伏产业现状与发展趋势    任华;傅艳华;

冶金法制备太阳能级硅的原理及研究进展    罗大伟;张国梁;张剑;李军;李廷举;

太阳能级硅提纯技术研究进展    叶其辉;陈红雨;

定向凝固法提纯冶金级硅    林涛;王博;刘玉;胡玉燕;卢东亮;孙艳辉;陈红雨;

制备太阳能级硅工艺进展    郭宽新;陈秀华;马文会;梅向阳;唐绍雨;魏奎先;

多晶硅定向凝固技术的研究进展    罗大伟;孙金玲;张爽;张国梁;李廷举;

超冶金级硅的制备研究    于站良

碳热还原歧化法制备高品质硅的实验研究    吕东

熔盐电解二氧化硅制备硅的研究    陈家辉

碳热还原TiO_2法制备微米碳化钛粉末的实验研究    森维

低温熔盐电解石英光纤废料制备太阳能级硅的研究    刘仪柯

冶金法提纯工业硅的研究    刘德华

晶体硅电学性能评价    刘艳娇

硅片线锯废砂浆中硅与碳化硅分离技术研究    贺欢欢

冶金级硅造渣氧化精炼除硼研究    丁朝

太阳能级晶体硅切割废料的综合回收    刘燕

电热法制备高纯硅的基础研究    李峰

国内外多晶硅发展现状    蒋荣华,肖顺珍

铸造多晶硅的研究进展    席珍强,杨德仁,陈君

太阳电池研究进展    郭志球;沈辉;刘正义;闻立时;

电磁技术在金属材料科学与工程中的应用    李桂荣;曹健峰;王宏明;夏小江;戴起勋;赵玉涛;

电子级多晶硅的生产工艺    梁骏吾

区域熔炼法制备高纯度金属    吴洪,阎红,王丹

我国太阳能资源及其开发利用    赵媛,赵慧

我国太阳能利用技术的发展概况和趋势    赵玉文

太阳能级硅的电磁约束感应熔炼    温宏权，毛协民，张军，傅恒志

多晶硅太阳电池    刘祖明,陈庭金

氢气纯度对多晶硅产品质量的影响及采取的对策    廖敏;

商丘地区太阳能资源分布和气候分析    陈巧;农国傲;熊坤;张涛;闫研;

建昌县近50年光照资源趋势变化及特征分析    马永忠;李明春;黄英华;杨学强;

我国太阳能技术发展概况与应用前景    熊巍;张存泉;

临沂地区太阳能利用的气候条件分析    裴洪芹;杨昆;刘兴允;

锂及其含锂合金的研究与应用现状    郑笑芳;彭晓东;谢卫东;苏中华;李文娟;

真空硅热还原制备Mg-Sr合金的研究    李兆楠;谢卫东;王艳光;党春梅;苏中华;

纳米结构在新型太阳电池中的应用进展    朱晨昕;贾锐;陈晨;李维龙;李昊峰;刘明;刘新宇;叶甜春;

多晶硅还原炉倒棒原因探讨    柯曾鹏;杨志国;刘欣;宗文婷;

码盘、圆光栅真空镀铬工艺的研究    陈赟,张学忱

醇溶液中以四氯化硅为原料制备白炭黑的研究    袁金伟;毛璞;李亚萍;肖咏梅;马令娟;郑亚飞;

镓在新能源中的应用研究与进展    石勇;

农村可再生能源综合建设对CO_2减排的贡献    魏泉源;肖俊华;

太阳能级硅提纯技术研究进展    叶其辉;陈红雨;

冶金级硅材料湿法浸出的研究    罗绮雯;陈红雨;叶其辉;

发展绿色能源要打好“气象服务牌”    陶平;布亚林;王纪军;

Automatic Inspection of Surface Crack in Solar Cell Images    

我国能源及新能源利用现状及发展趋势    朱国才;

太阳能级硅制备技术与除硼工艺研究现状    王烨;伍继君;马文会;杨斌;戴永年;Kazuki Morita;

含锑铅复杂氧化物的酸浸渣真空碳热还原    张荣良;丘克强;唐淑贞;佘媛媛;胡汉祥;

超冶金级硅的制备研究    于站良

从含锌铟复杂物料中提取金属铟新工艺的研究    刘大春

若干铅基合金真空蒸馏分离提纯的研究    贾国斌

真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究    梅向阳

有机基太阳能电池中有序结构材料及其界面和性能    杨志胜

FeS_2及FeS_2/TiO_2复合薄膜的制备与光电性能研究    黄六一

真空碳热还原处理含锌氧化矿获得高纯锌研究    熊利芝

热丝CVD法制备硅基薄膜材料及相关太阳电池模拟研究    黄海宾

废旧镍镉、镍氢电池中有价值金属的回收研究    黄魁

破碎—分选废弃印刷电路板混合金属颗粒中Pb，Zn，Cd等重金属的真空分离与回收    詹路

太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究    张瑞丽

同轴套管式回路型重力热管太阳能锅炉设计及系统传热特性研究    王武军

氧化铝真空碳热还原—氯化法炼铝的机理及其工艺的实验研究    袁海滨

基于变论域Fuzzy-PID在真空冶炼炉温度控制系统的应用研究    杨学兵

二氧化钛热还原提取金属钛新工艺的实验研究    宋建勋

碳热还原歧化法制备高品质硅的实验研究    吕东

氧化铝真空碳热还原实验研究    王鹏程

高纯镍生产新工艺之真空蒸馏除杂的研究    王林

冶金级硅精炼除硼研究    王烨

氧化铝碳热还原制备金属铝的研究    蒋文龙

太阳电池用多晶硅材料的现状和发展    杨德仁;

表面活性剂及其HLB值在浮选中的应用    周扬

定向凝固技术的研究进展    杨森,黄卫东,林鑫,周尧和

超细碳化钛粉体的制备及应用研究进展    刘平安;曾令可;税安泽;程小苏;王彗;

国内外多晶硅发展现状    蒋荣华,肖顺珍

热处理硅中的氧、碳沉淀    许振嘉,蒋四南,孙伯康,刘江夏

晶体硅中的铁沉淀规律    席珍强,杨德仁,陈君,王晓泉,汪雷,阙端麟,H.J.Moeller

Removal of impurities from metallurgical grade silicon by electron beam melting    罗大伟;刘宁;卢一平;张国梁;李廷举;

自蔓延法制备TiC粉末的研究    王金淑,周美玲,张久兴,胡延槽,宗斌

金属净化技术的一种革命性方法——电磁净化法    钟云波,任忠鸣,邓康,蒋国昌,徐匡迪

冶金级硅材料湿法浸出的研究    罗绮雯;陈红雨;叶其辉;

一种制备太阳能级硅的预处理方法    卢东亮;叶其辉;田俊;李核;陈红雨;

发展多晶硅产业对我国的战略意义及对我国太阳能级多晶硅标准的几点看法    任丙彦;

机械合金化过程中激活作用及纳米TiC合成的研究    崔晓龙

高铁硫化锌精矿和多金属复杂硫化矿加压浸出工艺及理论研究    谢克强

冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究    张剑

晶体硅的金刚石线锯切割性能研究    蔡二辉

熔盐电解TiO_2制取海绵钛新技术研究    郭胜惠

硅片超精密磨削表面质量和材料去除率的研究    田业冰

铸造多晶硅中原生杂质及缺陷的研究    邓海

多晶硅太阳电池关键技术研究    杜忠明

线锯切割单晶硅的应力场及损伤层研究    刘加富

钛合金等离子弧熔炼温度场数值模拟及相关参数的研究    郑魁

二氧化钛熔盐电解制取钛的实验及机理研究    聂新苗

不同活化强度下硬锌渣在盐酸体系中浸铟的动力学研究    姚金环

超薄大直径太阳能级硅片线切割工艺及其悬浮液特性研究    李彦林

高纯冶金硅除硼的研究进展    蔡靖;陈朝;罗学涛;

低质量Si材料制备太阳电池    闻震利;郑智雄;洪紫州;王文静;

多晶硅真空电磁感应熔炼除磷及其过程研制    罗大伟;孙金玲;张爽;卢一平;张国良;李廷举;

以二氧化硅为硅源制备纯硅的方法    李勇辉;明大增;李志祥;王智娟;杜璐杉;

太阳能硅制备过程湿法提纯SiO_2的工艺优化    林康英;洪金庆;汤培平;刘宏宇;王文宾;游淳毅;刘碧华;刘瑞聪;

冶金法制备太阳能级多晶硅的原理与生产工艺研究进展    念保义;陈兴顺;何绍福;

SiCl_4锌还原异相反应机理的研究    谢刚;宋东明;林艳;崔焱;李荣兴;

采用造渣酸洗法去除硅中硼和磷    蒋光辉;牛莎莎;

碳化稻壳的真空高温除杂研究    李峰;李大纲;邢鹏飞;孟令超;庄艳歆;涂赣峰;

微波场在冶金级硅酸浸提纯过程的应用    于站良;谢克强;马文会;周阳;杨斌;戴永年;

太阳能级硅冶金制备技术研究    罗大伟

冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究    张剑

电子束熔炼提纯多晶硅的研究    姜大川

冶金法制备太阳能级硅过程中氧化精炼除硼应用基础研究    伍继君

固结磨料研磨抛光垫的性能评价及自修整机理的研究    林魁

熔盐电解法制备多晶硅的研究    张春迎

碳热还原TiO_2法制备微米碳化钛粉末的实验研究    森维

基于固定电压法的太阳能电池MPPT控制芯片    葛丽芳

江西光伏产业国际竞争力研究    吴桂仁

熔融态冶金级硅中杂质的挥发去除行为研究    张聪

冶金法提纯工业硅的研究    刘德华

电子束处理多晶硅粉体除杂的工艺研究    邹瑞洵

放电等离子烧结合成TiC复合材料过程的数值模拟    李明

太阳能级晶体硅切割废料的综合回收    刘燕

脉冲电流对奥氏体不锈钢凝固组织的影响    范金辉,华勤,侯旭,李仁兴,富知愚,翟启杰

结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响    于艳,刘俊江,徐海澄

兴建年产一千吨电子级多晶硅工厂的思考    梁骏吾

磁场凝固法制备过共晶MnBi/Bi磁性功能复合材料    王晖,任忠鸣,李伟轩,徐匡迪,黄晖,王秋良,严陆光

结晶器电磁制动技术在高效连铸中的应用    汪洪峰,郭振和

电磁搅拌对HK40钢离心铸管显微组织及蠕变性能的影响    祝美丽,李海英,张俊善,刘瑞岩,王旭

有限元法计算偏心对径向磁轴承参数的影响    韩邦成,吴一辉

脉冲强磁场发展技术    彭涛,辜承林

利用高频磁场分离Al熔体中的非金属夹杂    李克,孙宝德,李天晓,疏达,丁文江,周尧和

强磁场下Bi-Mn合金中形成的MnBi相凝固组织    李喜,任忠鸣,王晖,李伟轩,邓康,壮云乾

多晶硅的真空感应熔炼及定向凝固研究    吴亚萍;张剑;高学鹏;李廷举;

新型真空熔化定向凝固装置原理研究    罗瑞盈，王献辉，史正兴，傅恒志

定向凝固结合电子束制备高纯铜的研究    陈洁;付亚波;刘宁;卢一平;李廷举;

定向凝固下钠对共晶硅相变质的研究    陈霞文

定向凝固过程的热分析    林淑熙

高性能隔离器上的定向凝固稀土钴永磁材料    刘新才,王乐仪,史正兴,李昌贵

P，Zr，B对定向凝固IN738合金组织和偏析的影响    朱洪群，唐亚俊，郭守仁，张志亚，朱耀霄，胡壮麒，师昌绪

一种定向凝固高温合金低周疲劳性能的研究    吴昌新，谢济洲，李其娟，林淑熙，孙传棋

定向凝固高铬铸铁抗冲击磨损研究    符寒光

定向凝固钴基高温合金中碳化物形态和分布    姚向东，张静华，张志亚，李英敖，管恒荣，胡壮麒

太阳能级多晶硅生产技术发展现状及展望    龙桂花;吴彬;韩松;丘克强;

第二代定向镍基高温合金的微观结构研究    邢占平;黄朝晖;谭永宁;余乾;

太阳能级多晶硅除硼热力学分析    林涛;胡玉燕;卢东亮;田俊;马国正;郭长娟;孙艳辉;李核;陈红雨;李前树;

耐火材料与TiNi合金熔体的界面反应    高永辉;李重河;国子明;庞威;鲁雄刚;丁伟中;钟庆东;

零夹杂钢精炼的理论与工艺    李正邦;

籽晶取向对镍基高温合金定向凝固过程中杂晶的影响    玄伟东;任忠鸣;任维丽;余建波;陈超;

重型燃机涡轮叶片定向凝固工艺研究    吴剑涛;李俊涛;蔡新宇;王祯;燕平;曾强;

电场作用下单晶高温合金定向凝固组织演化模拟    冯小辉;李应举;杨院生;

GASAR及GASARITE研究进展    李言祥;刘源;张华伟;

定向凝固Ti-46Al-5Nb合金显微组织的研究    祁鹤;丁贤飞;林均品;张来启;陈国良;

43所多晶硅定向凝固铸锭炉交付使用    赵丽娜　张春艳

材料电磁加工技术在现代钢铁生产、铸造和凝固过程中应用的新进展    杨雄飞

静水流深 大师风范    本报记者 曹祥汉

攻城不怕坚 只要肯登攀    刘建华

非晶硅太阳能电池机遇来临    联合证券 李鑫

替代进口，不断满足我国高端需求    中国特钢企业协会

合盛硅业复建工程顺利推进    记者 张嵩

锁定提升质量的技术方向    本报记者 韩维阳

赛维LDK荣获中国专利奖优秀奖    记者 姜小毛　通讯员 廖淑艳

通辽晟阳物理法多晶硅项目投产    记者 呼跃军

真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究    梅向阳

氢在合金熔体中的溶解度与定向凝固多孔铜锰合金的研究    蒋光锐

Q235钢和定向凝固钛铝合金板坯表层塑性变形及微观组织演变    任涛林

Al-Cu合金定向凝固过程中的形态演化    东青

TiAl-5Nb合金定向凝固过程中组织演化规律的研究    杨慧敏

真空感应炉先进控制技术研究与应用    邓长辉

高温度梯度定向凝固Al-In和Cu-Pb合金组织演化    崔红保

超细TiO_x夹杂物在钢液凝固过程中析出规律的基础研究    李慧改

第二代定向柱晶高温合金DZ59研究    赵坦

定向凝固γ-TiAl基合金片层取向控制    张成军

太阳能级多晶硅的冶金制备研究    吴亚萍

真空感应熔炼和定向凝固提纯冶金级硅研究    冀明

高纯铜真空净化工艺研究    陈洁

冶金法去除工业硅中杂质的研究    马晓东

冶金法制备太阳能级多晶硅工艺研究    徐云飞

定向凝固提纯多晶硅研究    孙世海

钢锭定向凝固过程的数值模拟与中空侧壁保温效果研究    宋刚

氧化铝基共晶陶瓷定向凝固过程的研究    孙海滨

一种新型镍基高温合金的定向凝固研究    汤晓君

冷坩埚定向凝固钛铝合金板坯的组织、性能及质量    顾世欣