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第2章 太阳能用多晶硅生产工艺

光伏发电是利用半导体界面的光伏效应而将光能直接转变为电能的一种技术,这种技术的关键元件是太阳电池 [1-2] 。太阳电池经过串/并联后进行封装保护,可形成大面积的太阳电池组件,再配合功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池,如单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、薄膜太阳电池等。其中,单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池占据超过90%的商业市场份额,并且仍将在相当长的时间内占据主流市场地位。

原生多晶硅是生产直拉单晶硅和铸造多晶硅的直接原料,用高纯度的原生多晶硅生长成晶体硅是晶体硅太阳电池的基础原材料。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如:在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面,多晶硅远不如单晶硅明显;在电学性质方面,多晶硅的导电性远不如单晶硅显著,甚至几乎没有导电性;在化学活性方面,两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别,但真正的鉴别须通过分析、测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等才能确定。

多晶硅有灰色金属光泽,其密度为2.32~2.34 g/cm 3 ,熔点为1418℃,沸点为2355℃;可溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中,不溶于水、硝酸和盐酸;硬度介于锗和石英之间,室温下质脆,切割时易碎裂;加热至800℃以上即有延性,1300℃时显出明显变形;常温下不活泼,高温下与氧、氮、硫等反应;高温熔融状态下,具有较强的化学活泼性,几乎能与任何材料作用;具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,但微量的杂质即可大大影响其导电性。

多晶硅的生产技术主要为改良西门子法、硅烷法和流化床法 [3] 。西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅,为了提高原材料利用率和环境友好性,在西门子法的基础上采用闭环式生产工艺,即改良西门子法。该工艺将工业硅粉与HCl反应,加工成SiHCl 3 ,再让SiHCl 3 在H 2 气氛的还原炉中还原沉积得到多晶硅。还原炉排出的尾气H 2 、SiHCl 3 、SiCl 4 、SiH 2 Cl 2 和HCl经过分离后,再循环利用。硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中,使硅烷裂解并在晶种上沉积,从而得到颗粒状多晶硅。改良西门子法和硅烷法都可以生产出电子级晶体硅,作为太阳能级多晶硅,在性能指标上是完全能够满足需求的。两种硅料在直拉单晶硅和铸锭配料时配合使用,有利于提高装载效率、降低生产成本。 kYadhiV4rq5SE5OX9hAfMPFcim/Ic7Jz3vZ4OjelS+FVHNCRCwzsM5JRUWI9k1xD

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