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1、1潞安职业技术学院毕 业 论 文太阳能级多晶硅生产工艺姓 名：卫雅聪专 业：矿物加工技术班 级：矿物加工学 好：011141025指导老师：冯锦华、韩晓晶日 期：2013-10-12目录摘 要 .1前言 .11 改良西门子法 闭 环 式 SiHCl3 氢还原法 .12 新硅烷法 硅烷热分解法 .23 流化床法 .34 冶金法 .45 蒸汽液体沉积法 .56 热交换炉法 .67 无氯技术 .68 铝热还原法 .79 常压下碘化学气相传输净化法 .710 锌还原法 .8总结 .9参考文献 .10致 谢 .11太阳能级多晶硅生产工艺3摘 要本文阐述了挥发性硅化物还原或分解法和冶金级硅精炼法生产太阳能
2、级多晶硅的生产工艺。目前生产多晶硅的主要方法是改良的西门子法，但该方法在降低生产成本上显得力不从心。冶金级硅精炼法是一种制备低成本太阳能级多晶硅的方法，然而该方法不能有效地去除和，只能选择和含量很少的冶金级硅为原料制备多晶硅。锌还原法是生产低成本太阳能级多晶硅的优势方法，分析表明锌还原法与西门子法相结合不失为生产多晶硅的好方法。关键词： 多晶硅； 太阳能级； 锌还原法； 改良西门子法太阳能级多晶硅生产工艺1前言随着全球范围内传统能源的枯竭以及石油价格不段攀升太阳能作为环境友好能源受到全世界的广泛关注，尤其是如何生产离效率.低费用的太阳能电池成为科学家的研究重点，多晶硅是作为光伏转换器最好的材料
3、之一,在未来 50 多年的时间内，还不可能有其他材料能代替硅成为电子和光伏产业的主要材料，在太阳能电池组件中，作为取材料之的高纯多晶硅占总费用的 20%因此.在不影响转化效率的前提下，降低多品硅的费用是降低太阳能电池费用的主要方法。降低多晶硅费用的方法有：（1）研究研发低成本半导体级多晶硅的生产工艺或在已有工艺的基础上降低生产成本。(2)生产低纯度、低成本但是能满足太阳能电池生产需要的多晶硅，也称为太阳能级多晶体.1975 年至今，世界各地的科学家在降低半导体级硅生产成本以及生产低成本太阳能级多晶硅方面做出了巨大的努力。1 改良西门子法 闭 环 式 SiHCl3 氢还原法改良西门子法生产包括S
4、iHCl3合成、SiHCl3 精馏提成、SiHCl3 的氢还原、尾气的回收以及SiCl4的氢化等。这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原 改良西门子法生产多晶硅的工艺研究。磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统太阳能级多晶硅生产工艺2装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉
5、中冶炼提纯到98% 并生成工业硅，其化学反应SiO2+CSi+CO2 （2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。其化学反应Si+HClSiHCl3+H2 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(2，l，SiHCl3，SiCl4，Si)。 （3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解过滤硅粉，冷凝SiHCl3，SiC14 ，而气态2,HCl 返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiHCl3，SiC14 ，净化三氯氢硅（多级精馏） 。 （4）净化后的三氯氢硅
6、采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2 气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应SiHCl3+H2Si+HCl。多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根） ，在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同2，HCl，SiHC3 ，SiCl4从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。 改良西门子法主要产品除高纯晶体硅外，对生产过程中产生的大量副产
7、品SiCl4以及SiHCl3的重复利用也至关重要。其中，副产品SiCl4 可以用于气相白炭黑以及光纤预制棒的生产，而SiHCl3可以用于有机硅的生产，如何形成完善的晶体硅产业体系对于提升晶体硅企业的盈利能力非常重要。目前国内厂家规模偏小与配套产业链发展不完善，因此成本普遍高于国外企业。 2 新硅烷法 硅烷热分解法1956年 ， 英 国 国 际 标 准 电 气 公 司 的 标 准 电 讯 实 验 所 研 究 成 功 了 SiH4热 分 解制 备 多晶硅的方法， 被称为硅烷法。 1959年日本的石冢研究所也同样成功研究出太阳能级多晶硅生产工艺3该方法。 美国联合碳化物公司（Union Carbid
8、e Corporation）研究歧化法制备SiH4，1980年发 表最终报告，综合上述工艺并加以改进，诞生了新硅烷法多晶硅生产工艺。硅 烷 法 与 改 良 西 门 子 法 接 近 ， 但 中 间 产 品 不 同， 改 良 西 门 子 法 的 中 间 产 品 是三 氯 氢 硅 （ SiHCl3） ， 硅 烷 法 的 中 间 产 品 是 硅 烷 （ SiH4） 。 硅 烷 是 以 SiCl4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
9、高 的 棒 状 多 晶 硅。 采 用 该 方 法 生 产 粒状 多 晶 硅 的 主 要 厂商 美国MEMC Pasadena公司是以四氟化硅为原料， 采用无氯化工艺生产硅烷， 经 过 提 纯 的 高 纯 硅 烷 以 液 体 的 形 态 被 贮 存 在 贮罐 内 。 然 后将 很 小 的 籽 晶 颗 粒 导 入 热 分 解 反 应 器 内 ， 硅 烷 及 氢 气 按 一 定 比 例 通 入 热分 解 反应 器 ， 硅 烷 在 流 化 床 上 的 籽 晶 周围进行热分解反应，籽晶颗粒逐渐长大，长到平均尺寸1000 m左右为止。 4新 硅 烷 法 和 改 良 西 门 子 法 是 目 前 世 界 上 两 种 主要 的 多 晶 硅 生 产 方 法 。 新 硅 烷法既可生产粒状多晶硅又可生产棒状多晶硅， 改良西门子法主要用于生产棒状多晶硅。新 硅 烷 法 与 改 良 西 门 子 法 相 比 , 具 有 反 应 温 度 较 低 、 热 效 率 高 、 耗 电 省 、 原 料消 耗 低 、 硅 烷 提 纯 容 易 、 产 品 纯 度 高
