poliszilícium termelés
A Szilícium a második leggyakoribb elem a Földön az oxigén után. A Szilícium általában nagy lerakódásokban található kvarcit, szilikát formájában szilícium-dioxidban (SiO2). Bár ezeket a forrásokat általában más elemekkel (például vassal) keverik, ezért tisztátalanok, A Szilícium mint természeti erőforrás rendkívül bőséges.
a poliszilícium előállítása és tisztítása az első lépés a gyártási folyamatban a hagyományos szilícium napelemek előállításához. A poliszilícium előállítása a SiO2 karbotermikus redukciójával kezdődik. A kvarcit, a SiO2 forrása szénnel keveredik-olyan anyagokból származik, mint a szén, koksz (üzemanyag), grafit vagy fa—egy merülő ívű elektromos kemencében. Itt a kemencében lévő elektródák, amelyek háromfázisú áramot szolgáltatnak, körülbelül 2000C-ig melegítik az elegyet, aminek következtében a SiO2 olvadt szilíciummá redukálódik. Az olvadék felszínén a hőmérséklet általában alacsonyabb (kb. 1600 Ft), a reagensek pedig szilícium-karbid (SiC) képződésére redukálódnak,
SiO2 + 3C(sic + 2CO)) (1)
ebben a desztillációszerű eljárásban a Sic és a SiO2 leereszkedik a kemence alsó, forróbb részeire. Az alsóbb régiókban, ahol a hőmérséklet magasabb (> 1780 CA), a SiC és a SiO2 reakcióba lép, elemi szilíciumot és szén-monoxid-gázt eredményezve,
SiO2 + 3sic ^ 3SI + 2CO (g) (2)
ez a nehezebb, olvadt szilíciumolvadék a kemence alján keresztül ürül. Ez a szilícium körülbelül 98% – os tisztaságú, és az úgynevezett kohászati minőségű szilícium (MGS). A kemencében egyidejűleg előforduló egyéb reakciók önellátóvá teszik a folyamatot. A kemence alján a maradék SiO2 és SiC szintén reakcióba lép szén-monoxid és szilícium-monoxid gáz képződésével,
SiO2 + Sic .. Sio(g) + 2CO (3)
a keletkező Szilícium-monoxid és szén-monoxid gázok visszasüllyednek a felszínre, ahol keveredve szilícium-dioxidot és szén-dioxidot állítanak elő, amelyeket Eq-ban reagensként újrahasznosítanak. 1.
nagyobb tisztaságú poliszilícium előállításához az MGS-t tovább kell tisztítani. Ebben a folyamatban az MGS-t először porított formába őröljük. Ezt a port ezután nagy nyomáson és sebességgel fluidágyas reaktorba injektálják. Vízmentes sósavat (HCl) is injektálnak a reaktorba egy katalizátorral együtt, klórszilánok és más kloridok sorozatát képezve. Az eljárás során képződött legfontosabb vegyület a triklór-szilán (SiHCl3),
Simgs + 3hcl ~ 3sihcl3 + H2 (4)
frakcionált desztillációval a triklór-szilán gázt a reaktor tetején lévő szűrőn keresztül elválasztják a hidrogéntől és a gáznemű HCl-től. A gázt ezután előkészítik a Siemens folyamatához. A Siemens reaktorban a grafitelektródák áramot vezetnek át egy U alakú szilíciummagon (magon). A triklór-szilánt befecskendezik a reaktorba, és a kémiai gőzfázisú leválasztáshoz (CVD) hasonló eljárással hidrogén-redukción mennek keresztül, így szilárd szilícium és gáznemű sósav képződik. A szilárd poliszilícium lerakódik a szilíciummagra, és körülötte nő. Miután a folyamat befejeződött, az U alakú magot és a poliszilícium kivonásra kerül. A kapott poliszilícium más néven elektronikus minőségű szilícium, amelynek tisztasága 9N (99,999999999% Si), és kisebb darabokra bontva öntvénygyártásra kész.
a folyamat rövid animációja az alábbiakban látható.
nem rendelkezik elegendő szabadsággal a videó megtekintéséhez. Támogatja az ingyenes szoftvereket és a frissítést.
B. S. Xakalashe és M. Tangstad, “Szilícium feldolgozás: a kvarctól a kristályos szilícium napelemekig”, Dél. Afrikai Pirometallurgia Int. Conf., nem. Március, PP. 1-18, 2011.