• Articles
• admin

křemík je po kyslíku druhým nejhojnějším prvkem na Zemi. Křemík se obvykle nachází ve velkých ložiscích jako křemenec, jako křemičitan v oxidu křemičitém (SiO2). Ačkoli jsou tyto zdroje obecně smíchány s jinými prvky (jako je železo), a proto nečisté, křemík jako přírodní zdroj je velmi hojný.

výroba a čištění polykrystalického křemíku je prvním krokem ve výrobním procesu k výrobě konvenčních křemíkových solárních článků. Výroba polysilikonu začíná karbotermickou redukcí SiO2. Křemenec, zdroj SiO2, se mísí s uhlíkem-pochází z materiálů, jako je uhlí ,koks( palivo), grafit nebo dřevo—v elektrické peci s ponořeným obloukem. Zde elektrody v peci dodávající Třífázový proud zahřívají směs až na přibližně 2000 °C, což způsobuje redukci SiO2 na roztavený křemík. Na povrchu taveniny jsou teploty obvykle nižší (přibližně 1600 °C) a reaktanty jsou redukovány za vzniku karbidu křemíku (SiC),

SiO2 + 3C → sic + 2CO (g) (1)

v tomto destilačním procesu sestupují SIC a SiO2 do spodních, teplejších částí pece. V nižších oblastech, kde jsou teploty vyšší (> 1780 °C), reagují SiC a SiO2, což vede k elementárnímu křemíku a oxidu uhelnatému,

SiO2 + 3sic → 3Si + 2CO (g) (2)

tato těžší roztavená křemíková tavenina se odvádí přes dno pece. Tento křemík je přibližně 98 % čistý a nazývá se metalurgický křemík (MGS). Další reakce, které se vyskytují současně v peci, činí proces soběstačným. Na dně pece reagují zbytkové SiO2 a SiC také za vzniku oxidu uhelnatého a oxidu křemičitého,

SiO2 + Sic → Sio(g) + 2CO (3)

výsledné plyny oxidu křemičitého a oxidu uhelnatého stoupají zpět na povrch, kde se mísí za vzniku oxidu křemičitého a uhlíku, které jsou recyklovány jako reaktanty v Eq. 1.

aby se vytvořil polysilikon s vyšší čistotou, musí být MGS dále čištěn. V tomto procesu se MGS nejprve rozemele do práškové formy. Tento prášek se pak vstřikuje do reaktoru s fluidním ložem při vysokém tlaku a rychlosti. Bezvodá kyselina chlorovodíková (HCl) se také vstřikuje do reaktoru spolu s katalyzátorem, čímž vzniká řada chlorosilanů a dalších chloridů. Nejdůležitější sloučeninou vytvořenou v tomto procesu je trichlorsilan (SiHCl3),

Simgs + 3HCL → 3SiHCl3 + H2 (4)

frakční destilací se trichlorsilanový plyn oddělí od vodíku a plynného HCl filtrem v horní části reaktoru. Plyn je pak připraven pro proces Siemens. V reaktoru Siemens procházejí grafitové elektrody proudem křemíkovým jádrem ve tvaru písmene U (seed). Trichlorsilan se vstřikuje do reaktoru a podrobuje se redukci vodíku podobným způsobem jako chemická depozice v parách (CVD) za vzniku pevného křemíku a plynné kyseliny chlorovodíkové. Pevný polysilikon se ukládá a roste kolem křemíkového semene. Po dokončení procesu se extrahuje jádro ve tvaru písmene U a polysilikon. Výsledný polysilikon je také známý jako elektronický křemík s čistotou 9N (99.999999999% Si ) a rozdělen na menší kousky připravené k výrobě ingotu.

krátká animace procesu je uvedena níže.

B. S. Xakalashe and M. Tangstad, „Silicon processing: from quartz to crystalical silicon solar cells,“ South. Africká Pyrometalurgie Int. Conf., č. Březen, s. 1-18, 2011.