Polysilisiumproduksjon
Silisium er det nest mest tallrike elementet på Jorden etter oksygen. Silisium finnes vanligvis i store forekomster som kvartsitt, som silikat i silisiumdioksyd (SiO2). Selv om disse kildene vanligvis blandes med andre elementer (som jern) og derfor urene, er silisium som en naturressurs svært rikelig.
produksjon og rensing av polysilisium er det første trinnet i produksjonsprosessen for å produsere konvensjonelle silisiumsolceller. Fremstillingen av polysilisium begynner med en karbotermisk reduksjon Av SiO2. Kvartsitt, Kilden Til SiO2, blandes med karbon-hentet fra materialer som kull, koks (drivstoff), grafitt eller tre-i en nedsenket elektrisk ovn. Her oppvarmer elektroder i ovnen som leverer en trefasestrøm blandingen opp til ca. 2000 °C, noe Som fører Til At SiO2 reduseres til smeltet silisium. Ved smelteflaten er temperaturen vanligvis lavere (ca. 1600 °C) og reaktantene reduseres Til silisiumkarbid (SiC),
SiO2 + 3c → SiC + 2co (g) (1)
I denne destillasjonslignende prosessen faller SiC og SiO2 ned til de nedre, varmere delene av ovnen. I de lavere regionene, hvor temperaturene er høyere (> 1780 °C), Reagerer SiC Og SiO2, noe som resulterer i elementær silisium og karbonmonoksidgass,
SiO2 + 3sic → 3si + 2CO (g) (2)
denne tyngre, smeltede silisiumsmelten slippes ut gjennom bunnen av ovnen. Dette silisium er ca 98 % ren og betegnes metallurgisk grade silisium (MGS). Andre reaksjoner som oppstår samtidig i ovnen, gjør prosessen selvforsynt. På bunnen av ovnen reagerer resterende SiO2 og SiC også for å danne karbonmonoksid og silisiummonoksidgass,
SiO2 + SiC → sio(g) + 2CO (3)
de resulterende silisiummonoksid-og karbonmonoksidgassene stiger tilbake til overflaten der de blandes for å produsere silisiumdioksyd og karbon, som resirkuleres som reaktanter I Eq. 1.
FOR å produsere polysilisium med høyere renhet, må MG-ENE renses ytterligere. I denne prosessen blir MGS først malt i en pulverform. Dette pulveret injiseres deretter i en fluidisert sengreaktor ved høyt trykk og hastighet. Vannfri saltsyre (HCl) injiseres også i reaktoren sammen med en katalysator, som danner en serie klorosilaner og andre klorider. Den viktigste forbindelsen dannet i denne prosessen er triklorosilan (SiHCl3),
Simgs + 3hcl → 3sihcl3 + H2 (4)
ved fraksjonert destillasjon separeres triklorosilangassen fra hydrogen Og Gassformig HCl gjennom et filter på toppen av reaktoren. Gassen blir deretter forberedt for Siemens-prosessen. I En Siemens reaktor passerer grafittelektroder strøm gjennom En U-formet silisiumkjerne (frø). Triklorosilan injiseres i reaktoren og gjennomgår hydrogenreduksjon i en lignende prosess som kjemisk dampavsetning (cvd) for å danne fast silisium og gassformig saltsyre. Solid polysilisium innskudd på og vokser rundt silisium frø. Når prosessen er fullført, blir Den U-formede kjerne og polysilisium ekstrahert. Den resulterende polysilisium er også kjent som elektronisk grade silisium med en renhet PÅ 9N (99.999999999% Si ) og brutt ned i mindre biter klar for ingot produksjon.
en kort animasjon av prosessen er vist nedenfor.
du har ikke nok frihet til å se denne videoen. Støtte fri programvare og oppgradering.
Bs Xakalashe Og M. Tangstad, » Silisium behandling: fra kvarts til krystallinske silisium solceller,» Sør. Afrikansk Pyrometallurgi Int. Conf., ingen. Mars, s. 1-18, 2011.