太阳能级多晶硅的冶金制备研究

论文摘要

3E，即能源(energy)、经济(economy)和环境(environment)，被称为人类文明可持续发展所面临的三大课题。能源的短缺、环境的恶化成为了制约经济可持续发展的瓶颈因素。当传统的燃料能源一天天减少的时候，人们把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。其中太阳能以分布广泛、储量丰富、清洁无污染等优点成为解决能源危机和环境污染的首选新能源。世界光伏产业年平均超过30％的快速增长拉动了对原料太阳能级多晶硅的需求，如今太阳能级多晶硅的需求已经超过了电子级多晶硅，因此研究高效率低成本的太阳能级多晶硅的制备方法具有现实意义。 如今生产太阳能级多晶硅主要采用改良西门子法，但此法能耗大污染重，而且由于国外技术封锁，我国至今还未掌握核心技术。本研究的目的是发展具有自主知识产权的能耗污染相对小的冶金法制备太阳能级多晶硅新技术。 本研究采用真空感应熔炼并结合定向凝固的方法直接由工业硅制得多晶硅锭，免去了高纯多晶硅的生产环节，环境污染轻，对外依赖性小。实验中自行设计了一台将真空感应熔炼技术与定向凝固技术相结合的实验装置，并在此基础上探索了工业硅的真空感应熔炼及定向凝固工艺，成功地制得了多晶硅锭。 利用金相显微镜、电子探针和电感耦合等离子体发射光谱仪对样品进行了金相组织、杂质分布以及纯度分析。定向凝固得到的大晶粒柱状晶使得晶界对光电转换效率的影响减小。电子探针观察到金属杂质易在晶界处偏聚，此时晶界将具有电活性，会显著降低少数载流子寿命，杂质的偏聚程度对少数载流子寿命的影响规律还有待于进一步研究。本研究还分别讨论了磷杂质和金属杂质的去除情况。

论文目录

• 独创性说明
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.1.1 能源危机
• 1.1.2 我国太阳能资源状况
• 1.2 太阳电池
• 1.2.1 光伏效应
• 1.2.2 转换效率及其影响因素
• 1.2.3 太阳电池的种类
• 1.3 太阳能级多晶硅的制备方法研究现状及前景
• 1.3.1 传统制备方法
• 1.3.2 太阳能级多晶硅制备新工艺
• 1.3.3 我国多晶硅生产研究现状
• 1.4 本论文的研究目的和主要研究内容
• 2 实验原理与方法
• 2.1 真空熔炼验原理
• 2.1.1 真空熔炼热力学
• 2.1.2 真空熔炼动力学
• 2.2 感应加热的物理基础
• 2.2.1 电磁感应与涡流热
• 2.2.2 集肤效应与透入深度
• 2.2.3 邻近效应与圆环效应
• 2.2.4 电磁力的作用
• 2.3 定向凝固原理
• 3 实验内容与操作
• 3.1 坩埚选择及选料
• 3.2 电源频率的选择
• 3.3 实验设备
• 3.4 实验步骤
• 4 实验结果与讨论
• 4.1 实验坩埚设计
• 4.2 实验工艺探索
• 4.3 金相组织分析
• 4.4 杂质元素分布分析
• 4.5 杂质去除分析
• 4.5.1 磷的去除
• 4.5.2 金属杂质的去除
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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