• Articles
• admin

silicium er det næstmest forekommende element på jorden efter ilt. Silicium findes normalt i store aflejringer som kvartsit, som et silikat i Silica (SiO2). Selvom disse kilder generelt er blandet med andre elementer (såsom jern) og derfor uren, er silicium som en naturressource meget rigelig.

produktion og oprensning af polysilicium er det første skridt i fremstillingsprocessen til fremstilling af konventionelle silicium solceller. Fremstillingen af polysilicium begynder med en carbotermisk reduktion af SiO2. Kvartsit, kilden til SiO2, blandes med kulstof—stammer fra materialer som kul, koks (brændstof), grafit eller træ—i en nedsænket lysbueovn. Her opvarmer elektroder i ovnen, der leverer en trefasestrøm, blandingen op til ca.2000 liter C, hvilket får SiO2 til at reducere til smeltet silicium. 1600 liter C), og reaktanter reduceres til dannelse af siliciumcarbid (SiC),

SiO2 + 3c liter SiC + 2CO (g) (1)

i denne destillationslignende proces falder SiC og SiO2 ned til de nedre, varmere dele af ovnen. I de lavere regioner, hvor temperaturerne er højere (> 1780 liter C), reagerer SiC og SiO2, hvilket resulterer i elementær silicium og kuliltegas,

SiO2 + 3sic liter 3SI + 2CO (g) (2)

denne tungere, smeltede siliciumsmelt udledes gennem bunden af ovnen. Dette silicium er cirka 98% rent og betegnes metallurgisk kvalitet silicium (MGS). Andre reaktioner, der forekommer samtidigt i ovnen, gør processen selvforsynende. I bunden af ovnen reagerer resterende SiO2 og SiC også for at danne kulilte og kuliltegas,

SiO2 + SiC ren sio(g) + 2CO (3)

de resulterende siliciummuilte-og kuliltegasser stiger tilbage til overfladen, hvor de blandes for at producere siliciummuilte og kulstof, som genanvendes som reaktanter i Miljøkvalitetskravet. 1.

for at producere polysilicium med højere renhed skal MGS renses yderligere. I denne proces formales MGS først til en pulverform. Dette pulver injiceres derefter i en fluidiseret lejreaktor ved højt tryk og hastighed. Vandfri saltsyre (HCl) injiceres også i reaktoren sammen med en katalysator, der danner en række chlorsilaner og andre chlorider. Den vigtigste forbindelse, der dannes i denne proces, er trichlorsilan (SiHCl3),

Simgs + 3hcl-kur 3SiHCl3 + H2 (4)

gennem fraktioneret destillation adskilles trichlorsilangassen fra hydrogen og gasformig HCl gennem et filter øverst i reaktoren. Gassen forberedes derefter til Siemens-processen. I en Siemens-reaktor passerer grafitelektroder strøm gennem en U-formet siliciumkerne (frø). Trichlorsilan injiceres i reaktoren og gennemgår brintreduktion i en lignende proces som kemisk dampaflejring (CVD) til dannelse af fast silicium og gasformig saltsyre. Solid polysilicium aflejres på og vokser omkring siliciumfrøet. Når processen er afsluttet, ekstraheres den U-formede kerne og polysilicium. Den resulterende polysilicium er også kendt som elektronisk silicium med en renhed på 9N (99.999999999% Si) og opdelt i mindre stykker klar til ingot produktion.

en kort animation af processen er vist nedenfor.

Bsakalashe og M. Tangstad, “Siliciumbehandling: fra kvarts til krystallinsk silicium solceller,” Syd. Afrikansk Pyrometallurgi Int. Conf., ingen. Marts, s. 1-18, 2011.