论文部分内容阅读
随着全球经济的快速增长,能源危机与环境污染问题正受到世界各国的广泛关注,以光伏发电为代表的可再生能源产业得到快速发展。当前,全世界太阳能电池产量连续几年呈快速增长趋势,在2012年,全世界太阳能电池产量达52.5GW。在晶体硅太阳能电池生产过程中,多晶硅材料成本占电池生产成本的70%,近来,具有低成本、低能耗、低污染的冶金法多晶硅的技术成为全球关注的焦点。有研究表明,硅中杂质硼的去除是冶金法制备多晶硅技术的难点和关键。本论文以云南某工厂生产的硼含量约为22ppmw的冶金级硅为原料,采用氯化物熔盐精炼的方法,研究冶金级硅中杂质硼的去除过程。根据相关的热力学知识,计算了硅中Ca, Fe、Cu、Ti、B、Si等元素与C12反应的标准吉布斯自由能,并以CuCl熔盐与FeCl3熔盐作为精炼剂,在中频感应炉中进行冶金级硅中杂质硼的去除研究,分别研究了FeCl3-B-Si与CuCl-B-Si三元系的反应热力学。结果表明：(1)在1650-1950K的精炼温度范围内,采用氯化物熔盐精炼冶金级硅时,硅中杂质元素硼主要以BC13的形式挥发,同时也会生成少量的BC12和BCl；(2)得了到气态硼氯化合物平衡分压、硅中杂质硼含量、温度三者之间的关系。在中频感应炉中,研究了不同熔盐体系、精炼时间、熔盐与硅质量配比等精炼条件对杂质硼去除效果的影响。结果表明：(1)在相同的工艺条件下,CuCl除硼效果最好,FeCl3次之,NaCl最差；该实验结果与热力学分析基本一致；(2)随精炼时间的延长,硅中硼含量呈快速降低趋势。但当精炼时间达到60min后,这种下降趋势逐渐趋于平缓,采用CuCl, FeCl3和NaCl熔盐除硼时,精炼时间对除硼效果的影响大体相同；(3)硅中硼含量随质量比的增大显著降低,但当熔盐与硅质量比大于1时,这种降低的趋势逐渐变得平缓；当配比大于2时,除硼效果不再明显增加。结合熔渣氧化精炼除硼的特点,本研究提出采用FeCl3熔盐与CaO-SiO2熔渣相结合的方法去除冶金级硅中的杂质元素硼。并研究了向45%CaO-55%SiO2熔渣中添加不同量的FeCl3熔盐对去除硼效果的影响。结果表明,随着FeCl3含量的增加,硼的去除效率明显增强,采用35%FeCl3-29%CaO-36%SiO2的复合精炼剂精炼时,精炼剂与冶金级硅质量配比为3：1,精炼时间为120min时,硅中硼含量可从22ppmw降低至0.85ppmw。最后,研究了氯化物熔盐与冶金级硅中杂质硼的反应机理,并从动力学角度出发,分析和探讨了除硼过程中的反应速率方程与限制性环节。