• Articles
• admin

siliciul este al doilea cel mai abundent element de pe Pământ după oxigen. Siliciul se găsește de obicei în depozite mari ca cuarțit, ca silicat în dioxid de siliciu (SiO2). Deși aceste surse sunt în general amestecate cu alte elemente (cum ar fi fierul) și, prin urmare, impure, siliciul ca resursă naturală este foarte abundent.

producția și purificarea polisiliciului este primul pas în procesul de fabricație pentru a produce celule solare convenționale de siliciu. Fabricarea polisiliciului începe cu o reducere carbotermică a SiO2. Cuarțitul, sursa de SiO2, este amestecat cu carbon—provenit din materiale precum cărbune, cocs (combustibil), grafit sau lemn—într-un cuptor electric cu arc scufundat. Aici, electrozii din cuptor care furnizează un curent trifazat încălzesc amestecul până la aproximativ 2000 centi C, determinând reducerea SiO2 la siliciu topit. La suprafața topiturii, temperaturile sunt, de obicei, mai scăzute (aproximativ 1600 CTC), iar reactanții sunt reduși pentru a forma carbură de siliciu(SiC),

SiO2 + 3c, sic + 2CO (g) (1)

în acest proces asemănător distilării, SIC și SiO2 coboară în părțile inferioare și mai fierbinți ale cuptorului. În regiunile mai joase, unde temperaturile sunt mai ridicate (> 1780 CTC), SiC și SiO2 reacționează, rezultând siliciu elementar și monoxid de carbon gazos,

SiO2 + 3sic 3si + 2CO (g) (2)

această topitură de siliciu mai grea, topită, este descărcată prin fundul cuptorului. Acest siliciu este de aproximativ 98% pur și denumit siliciu de calitate metalurgică (MGS). Alte reacții care apar simultan în cuptor fac ca procesul să fie autosuficient. În partea de jos a cuptorului, SiO2 rezidual și Sic reacționează, de asemenea, pentru a forma monoxid de carbon și gaz de monoxid de siliciu,

SiO2 + Sic Sio(g) + 2CO (3)

monoxidul de siliciu rezultat și gazele de monoxid de carbon se ridică înapoi la suprafață unde se amestecă pentru a produce dioxid de siliciu și carbon, care sunt reciclate ca reactanți în Eq. 1.

pentru a produce polisiliciu de puritate mai mare, MGS trebuie purificat în continuare. În acest proces, MGS este mai întâi măcinat într-o formă pulverizată. Această pulbere este apoi injectată într-un reactor cu pat fluidizat la presiune și viteză ridicate. Acidul clorhidric anhidru (HCl) este, de asemenea, injectat în reactor împreună cu un catalizator, formând o serie de clorosilani și alte cloruri. Cel mai important compus format în acest proces este triclorosilanul (SiHCl3),

Simgs + 3hcl 3sihcl3 + H2 (4)

prin distilare fracționată, gazul triclorosilan este separat de hidrogen și HCl gazos printr-un filtru din partea superioară a reactorului. Gazul este apoi pregătit pentru procesul Siemens. Într-un reactor Siemens, electrozii de grafit trec curentul printr-un miez de siliciu în formă de U (semințe). Triclorosilanul este injectat în reactor și suferă o reducere a hidrogenului într-un proces similar cu depunerea chimică a vaporilor (CVD) pentru a forma siliciu solid și acid clorhidric gazos. Polisiliciul Solid se depune și crește în jurul semințelor de siliciu. Odată ce procesul este complet, miezul în formă de U și polisiliciul sunt extrase. Polisiliciul rezultat este, de asemenea, cunoscut sub numele de siliciu electronic de calitate cu o puritate de 9N (99,999999999% Si) și împărțit în bucăți mai mici gata pentru producția de lingouri.

o scurtă animație a procesului este prezentată mai jos.

B. S. Xakalashe și M. Tangstad, „prelucrarea siliciului: de la cuarț la celule solare din siliciu cristalin”, Sud. Pirometalurgia Africană Int. Conf., nu. Martie, PP. 1-18, 2011.