• Articles
• admin

krzem jest drugim najobficiej występującym pierwiastkiem na ziemi po tlenie. Krzem występuje zwykle w dużych złożach jako kwarcyt, jako krzemian w dwutlenku krzemu (SiO2). Chociaż źródła te są na ogół mieszane z innymi pierwiastkami (takimi jak żelazo) i dlatego nieczyste, krzem jako surowiec naturalny jest bardzo obfity.

produkcja i oczyszczanie polikrzemu jest pierwszym krokiem w procesie produkcyjnym do produkcji konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych. Wytwarzanie polikrzemu rozpoczyna się od karbotermicznej redukcji SiO2. Kwarcyt, źródło SiO2, miesza się z węglem-pochodzącym z takich materiałów jak węgiel, koks (paliwo), grafit lub drewno—w piecu elektrycznym o łuku krytym. Tutaj elektrody w piecu zasilające prąd trójfazowy ogrzewają mieszaninę do około 2000 °C, powodując redukcję SiO2 do stopionego krzemu. Na powierzchni stopu temperatury są zwykle niższe (około 1600 °C) i reagenty są redukowane do postaci węglika krzemu (SiC),

SiO2 + 3C → SiC + 2CO (g) (1)

w tym procesie destylacji, SIC I SiO2 schodzą do niższych, gorętszych części pieca. W niższych regionach, gdzie temperatury są wyższe (> 1780 °c), SIC i SiO2 reagują, w wyniku czego powstaje pierwiastkowy krzem i tlenek węgla,

SiO2 + 3sic → 3si + 2CO (g) (2)

ten cięższy, stopiony stop krzemu jest odprowadzany przez dno pieca. Ten krzem jest w około 98% czysty i określany jako krzem metalurgiczny (MGS). Inne reakcje zachodzące jednocześnie w piecu sprawiają, że proces ten jest samowystarczalny. W dolnej części pieca pozostałości SiO2 i SiC reagują również z tlenkiem węgla i tlenkiem krzemu,

SiO2 + SiC → SiO(g) + 2CO (3)

powstały tlenek krzemu i gazy tlenku węgla wznoszą się z powrotem na powierzchnię, gdzie mieszają się, tworząc dwutlenek krzemu i węgiel, które są poddawane recyklingowi jako reagenty w Równoważniku. 1.

aby uzyskać polikrzemowy o wyższej czystości, MGS należy dalej oczyszczać. W tym procesie MGS jest najpierw mielony w postaci sproszkowanej. Proszek ten jest następnie wstrzykiwany do reaktora ze złożem fluidalnym pod wysokim ciśnieniem i prędkością. Bezwodny kwas solny (HCl) jest również wstrzykiwany do reaktora wraz z katalizatorem, tworząc szereg chlorosilanów i innych chlorków. Najważniejszym Związkiem powstałym w tym procesie jest trichlorosilan (SiHCl3),

Simgs + 3hcl → 3sihcl3 + H2 (4)

poprzez destylację frakcyjną Gaz trichlorosilanowy jest oddzielany od wodoru i gazowego HCl przez filtr w górnej części reaktora. Gaz jest następnie przygotowywany do procesu Siemens. W reaktorze Siemens elektrody grafitowe przepuszczają prąd przez rdzeń krzemowy w kształcie litery U (seed). Trichlorosilan jest wtryskiwany do reaktora i poddawany redukcji wodoru w podobny sposób jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) w celu wytworzenia stałego krzemu i gazowego kwasu solnego. Stały polikrzemowy osadza się na nasionach krzemu i rośnie wokół nich. Po zakończeniu procesu ekstrahuje się rdzeń W Kształcie Litery U i polikrzem. Otrzymany polikrzem jest również znany jako krzem klasy elektronicznej o czystości 9N (99,999999999% Si) i podzielony na mniejsze kawałki gotowe do produkcji wlewków.

krótka animacja procesu jest pokazana poniżej.

B. S. Xakalashe i M. Tangstad, „Silicon processing: from quartz to crystalline silicon solar cells”, South. African Pyromethalurgy Int. Conf., nie. Marzec, S. 1-18, 2011.