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太阳能级多晶硅冶金法制备技术引言太阳能是目前全球关注和研究的热点领域之一。
太阳能电池作为太阳能利用的核心设备，其材料的制备技术对太阳能电池的转换效率起着至关重要的作用。
其中，多晶硅作为太阳能电池的主要材料之一，在光电转换效率、稳定性和成本方面都具备优势。
本文将对太阳能级多晶硅的冶金法制备技术进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二级标题1：太阳能级多晶硅冶金法的背景在过去几十年中，太阳能技术有了长足的发展，太阳能电池的制备技术也取得了长足的进步。
多晶硅作为太阳能电池最常用的材料之一，其制备技术一直是研究的热点。
三级标题1：多晶硅的特性与应用多晶硅具有良好的光电转换效率和稳定性，同时也具备成本低廉的优势，因此被广泛应用于太阳能电池领域。
其晶体结构呈现多晶形态，晶内晶界的存在对其光电性能有一定影响。
三级标题2：太阳能级多晶硅冶金法的意义太阳能级多晶硅的制备技术对太阳能电池的电能转换效率和稳定性有着直接的影响。
通过优化太阳能级多晶硅的冶金法制备技术，可以提高太阳能电池的光电转换效率，降低制造成本，促进太阳能的大规模应用。
二级标题2：太阳能级多晶硅冶金法制备技术的研究进展太阳能级多晶硅冶金法制备技术是当前太阳能电池研究的重要方向之一，并且取得了一定的研究进展。
三级标题1：传统多晶硅制备技术传统的多晶硅制备技术主要包括气相法、液相法和固相法。
这些技术在制备过程中存在一些缺陷，如能耗高、成本高、污染严重等问题。
三级标题2：现代多晶硅制备技术随着科技的发展，现代多晶硅制备技术不断涌现。
例如，改进的气相法、液相法和固相法，以及新兴的等离子体聚合法、阵列纳米线法等。
这些技术在提高多晶硅的制备效率、降低成本和环境友好方面具有潜力。
二级标题3：太阳能级多晶硅冶金法制备技术的发展趋势太阳能级多晶硅冶金法制备技术的发展趋势主要包括制备效率的提高、成本的降低和环境友好型制备技术的研究。
三级标题1：制备效率提高提高制备效率是目前研究的重点之一。
国内外冶金法提纯太阳能级多晶硅的关键技术1、日本Kawasaki Steel 公司（日本新日铁）：以冶金级金属硅为原料，使用两段法进行提纯，第一阶段，在电磁炉中采用真空除P、定向凝固法初步除去金属杂质；第二阶段，在等离子体熔炼炉中，在氧化气氛下除B和C，熔化的硅再次定向凝固最后除去金属杂质。
在两步定向凝固过程中，金属杂质经过固/液分界面上直接偏析出来，材料纯度达到了太阳能级多晶硅的要求。
相关技术已经在国外公司使用。
2、德国Heliotronic/Wacker公司（德国瓦克）：首先采用酸浸，使得硅金属中的杂质进入溶液，随后对浸出后的渣滓进行熔化，最后进行定向凝固；3、德国Bayer AG 公司：采用酸浸，然后在反应性气体（氢气、水蒸气、四氯化硅）中熔化，以除去其中的部分杂质，最后采用真空和定向凝固的方法，以实现除杂效果。
4、挪威Elkem公司：主要是将金属硅破碎后酸浸，然后加入高纯金属，采用定向凝固等方法除去硅中的杂质。
提纯后的多晶硅中的主要杂质B、P均控制在1ppm以下，并实现工业化生产。
5、国内的冶金工艺技术该方法以冶金级硅为原料，结合湿法处理、等离子和电磁感应加热等手段，以真空氧化精炼、真空蒸馏精炼、真空脱气、真空凝固精炼等真空冶金过程为主，由冶金级硅直接制备太阳能级多晶硅。
所采用的技术路线如下：冶金级硅去除部分铁、铝、钙、钛等杂质太阳能级硅锭图1.真空综合法制备太阳能级硅工艺流程图与现有的多晶硅制备技术相比，该技术具有以下特点：（1）以真空冶金新技术为主体。
我国在有色金属真空冶金领域研究特色鲜明，研究水平达到国际先进水平，所开发的真空冶金新技术和配套设备都具有自主知识产权，为新工艺的研究已积累了较丰富的研究开发经验，具备了良好的研究条件；（2）投资少。
1000吨/年生产线预计需投资约1.5亿元；（3）设备简单、安全性好。
经预处理后的精炼过程都是在真空条件下完成，所需辅助系统少，安全性也较高；（4）电耗和生产成本低。
太阳能级多晶硅生产工艺的现状与发展太阳能是一种清洁、可再生的能源，是未来替代化石能源的重要选择。
而太阳能电池是太阳能利用的重要手段，其中多晶硅太阳能电池占据了很大的市场份额。
随着太阳能产业的发展，多晶硅生产工艺也在不断改进，本文将对太阳能级多晶硅生产工艺的现状与发展进行介绍。
一、现有多晶硅生产工艺的主要特点目前多晶硅生产主要采用的工艺是气相法和液相法。
气相法是通过将三氯化硅和氢气在高温下反应生成多晶硅。
其优点是生产出的多晶硅质量高，适用于制备高效太阳能电池。
气相法生产成本高，耗能大，还存在环境污染的问题，因此在实际生产中并不常用。
液相法是通过将硅石和还原剂（通常是冶金硅）在高温下反应生成多晶硅。
液相法的优点是生产成本低，工艺简单，适用于大规模产业化生产。
但其缺点是生产出的多晶硅杂质较多，影响了太阳能电池的性能。
二、多晶硅生产工艺的发展动向1. 提高多晶硅质量近年来，研究人员提出了一系列改进多晶硅生产工艺的方法，旨在提高多晶硅的质量。
在液相法生产中添加一定量的硼可以减少杂质含量，提高多晶硅的电子质量。
一些研究还专注于改进气相法生产多晶硅的工艺，以期提高多晶硅的纯度和晶体结构完整性。
这些改进使得多晶硅在太阳能电池领域的应用得到了更大的发展空间。
2. 降低生产成本虽然液相法生产成本相对较低，但研究人员仍在不断寻求降低多晶硅生产成本的方法。
其中包括提高原料利用率、改进工艺流程、减少能耗等方面。
一些新兴的生产工艺也正在逐渐应用于多晶硅生产中，比如电解法和熔盐法，这些新工艺使得多晶硅的生产更加节能环保，生产成本也有望进一步降低。
3. 推动产业化进程随着太阳能产业的蓬勃发展，对多晶硅的需求量不断增加。
推动多晶硅生产工艺的产业化进程成为了研究人员和产业界共同关注的焦点。
通过持续改进工艺，提高产能，并寻求资金和技术支持，多晶硅的产业化进程将得到更大的推动。
三、展望未来，随着太阳能产业的不断发展，多晶硅生产工艺必将迎来新的挑战和机遇。
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和对可再生能源的迫切需求，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
太阳能级多晶硅作为太阳能电池的主要原料，其质量对太阳能电池的光电转换效率具有决定性影响。
研究和开发高效、环保的太阳能级多晶硅制备技术，对于推动太阳能产业的发展具有重要意义。
本文旨在探讨冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的研究。
我们将简要介绍太阳能级多晶硅的制备原理及其在太阳能电池中的应用。
我们将重点阐述冶金提纯法的原理、工艺流程及其优点，同时分析该方法在制备太阳能级多晶硅中的适用性。
我们将通过实验数据，详细分析冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的效果，包括纯度、晶体结构、光电性能等方面的评价。
我们将对冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的前景进行展望，并提出可能的改进方向和建议。
通过本文的研究，我们期望能够为太阳能级多晶硅的制备提供一种新的、高效的方法，为推动太阳能产业的发展做出贡献。
二、太阳能级多晶硅的制备方法与比较冶金法提纯：冶金法提纯多晶硅主要包括硅矿的破碎、熔炼、精炼等步骤。
通过高温熔炼，硅矿石中的杂质如铁、铝、钙等被氧化去除，得到较为纯净的硅液。
随后，硅液经过进一步的精炼处理，如定向凝固、区域熔炼等，以去除残余杂质，最终得到太阳能级多晶硅。
冶金法提纯具有原料丰富、成本低廉的优点，但其提纯效率相对较低，且对环境污染较大。
化学气相沉积法（CVD）：CVD法是通过在反应器中使含硅气体在高温下分解，生成硅沉积在基底材料上，再经过退火、切割等工艺得到多晶硅。
该方法提纯效率高，制备的多晶硅纯度高，适用于大规模生产。
CVD法所需的设备投资大，运行成本高，且制备过程中产生的废气处理难度较大。
硅烷法：硅烷法是通过硅烷气体的热分解制备多晶硅。
硅烷气体可通过氢化硅烷化反应制备，其纯度较高。
硅烷法制备的多晶硅纯度高，且制备过程相对简单。
硅烷气体具有毒性，储存和运输过程中需采取严格的安全措施，限制了其在大规模生产中的应用。
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究清洁可再生能源是人类文明可持续发展,解决能源短缺、环境污染与经济发展之间矛盾的首要选择。
其中,太阳能以分布广泛、储量无穷、清洁无污染等优点备受世人关注,太阳能的研究和应用也成为人类能源发展的主要方向之一。
随着越来越多的国家启动国家性光伏工程,光伏产业必将迎来更加迅猛的发展,对太阳能级多晶硅的需求也将极大的增加。
太阳能级多晶硅不仅是光伏产业的基础原材料,同时也是提纯制备半导体级硅的主要原材料。
目前,太阳能级多晶硅主要采用化学方法制备,成本高、污染大、关键技术被国外垄断,导致供应严重匮乏,直接催生了太阳能级多晶硅制备新工艺的研究热潮。
其中,采用冶金手段提纯制备太阳能级多晶硅以其成本低、无污染等特点尤其受到重视。
通过对其他研究机构与学者提出的工业硅提纯工艺仔细对比和研究,本研究提出了一种采用冶金手段将工业硅提纯至5N以上,最终制备为适合制作太阳电池的多晶硅铸锭的新工艺路线,并通过实验进行了验证。
本工艺主要采用酸洗、真空精炼、一次定向凝固、电子束精炼、二次定向凝固五个步骤提纯制备太阳能级多晶硅铸锭。
同时本研究还涉及坩埚选择、检测手段和腐蚀方法等,并研究定制了一系列相关的多晶硅提纯设备。
酸洗实验结果表明,不同的酸对工业硅中杂质的去除效果是不同的。
HF酸洗去除杂质Al、Fe效果最佳;而对杂质Ca、Ti、Cu、Zn而言,HF酸洗与HCl酸洗效果相差不大。
当工业硅粒度为0.1～0.5mm,在60℃恒温水浴条件下,由4 mol/l的HF酸酸洗24小时以上时,酸洗效果最佳,工业硅中的金属杂质去除率可达到88.9%。
当在酸洗过程中施加超声场时,声流和声空化作用使硅粉表面未完全暴露的晶界狭缝处的杂质被去除的更加彻底,可以提高酸洗提纯效果。
真空精炼研究表明,当真空度为10<sup>-2</sup>Pa时,精炼30～40 min可以有效去除工业硅中的饱和蒸气压高的杂质元素。
太阳能级多晶硅产业发展及其制备工艺概述太阳能是人类未来能源发展的主旋律，而多晶硅是太阳能电池制造的重要材料。
随着太阳能产业的快速发展，多晶硅产业也日益得到重视。
本文将围绕太阳能级多晶硅的产业发展和制备工艺进行概述，以解读该行业的最新进展。
一、多晶硅原料准备：从硅石到硅棒。
多晶硅是由硅石经过一系列物理、化学反应得到的。
首先，从硅石中提取纯度为98%的金属硅；接着，将金属硅和精制的石墨放入炉中，在高温下进行还原反应，生成多晶硅坩埚；随后，将坩埚放入熔炉中，将多晶硅熔化，再经过拉棒法或自发晶法，制成硅棒。
二、硅棒切割成硅片：高效生产核心。
硅棒是制造太阳能电池的基础材料。
一般情况下，硅棒通过加工将其切割为一定厚度的硅片。
硅片的厚度、尺寸越均匀，生产电池的效率越高。
高效率的硅片生产手段还包括磨床切割法、定向固晶法等。
三、硅片表面涂层和退火：制备太阳能电池。
硅片的表面会经过氧化等一系列工艺处理形成反射层、抗反射层等。
同时还需进行高温退火处理，使电池的电子传递更顺畅。
这是太阳能电池制造的关键步骤。
四、组装成太阳能电池板：产业链的终端。
太阳能板是将多个电池串联在一起形成的电池板，同时还会加入框架、玻璃、密封胶等材料组成。
生产太阳能电池板需要一系列的工艺流程，从电池切片到电池板组装，其中最关键的是电池板的测试，以确定其最大功率点（MPP），以及可靠性和耐久性。
总的来说，太阳能级多晶硅生产已经成为全球瞩目的新兴产业。
该领域的技术、工艺和材料不断创新，向更加智能化、高效化的产业链方向发展。
随着全球新能源市场的快速扩张，太阳能级多晶硅产业必将迎来更加广阔的发展前景。
物理冶金法制备太阳能级多晶硅技术展望
摘要：分析了国内外太阳能级多晶硅的制备技术，介绍了物理冶金法制备太阳能级多晶硅的技术工艺，指出今后物理冶金法制备太阳能级多晶硅技术的研究方向和冶金法制备太阳能级多晶硅亟需
解决的问题，以及未来硅材料的发展趋势。
关键词：太阳能级多晶硅；制备技术；发展趋势
中图分类号：o59 文献标识码：a 文章编号：1009-0118（2011）-10-0-01
一、引言
多晶硅是太阳能光伏产业最主要、最基础的功能性材料。
太阳能光伏电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池[1-2]，其中多晶硅太阳能电池占太阳能电池市场份额的55%以上[3]。
随着绿色能源战略的实施，我国在光伏研究和产业方面取得了较快发展，太阳能级多晶硅市场需求得以继续保持旺盛的势头，预计在未来数年内，多晶硅的需求将持续以40%左右的速度增长[4]。
当前我国太阳能级多晶硅生产技术研发能力低，多为中低档产品，企业分散,生产规模小，国内自给率低。
针对目前我国太阳能级多晶硅发展现状，必须加快太阳能级多晶硅生产技术的自主创新，不断探索低成本生产太阳能级多晶硅的方法，改变我国多晶硅产业受制于国际市场的状况，提高我国生产多晶硅市场竞争力，否则将危及我国光伏产业的发展。
本文将对国内物理冶金法制备制备
太阳能级多晶硅技术情况进行综述。
二、国内外多晶硅生产的主要技术
（一）改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法：1955年，西门子公司成功开发了利用h2还原sihcl3在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。
（二）硅烷法——硅烷热分解法：1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（sih4）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。
1959年，日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。
后来，美国联合碳化物公司采用歧化法制备sih4，并综合上述工艺且加以改进，便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。
（三）流化床法：流化床法是美国联合碳化合物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。
该方法是以sicl4、h2、hcl和工业硅为原料，在高温高压流化床内（沸腾床）生成sihcl3，将sihcl3再进一步歧化加氢反应生成sih2cl2，继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。
（四）冶金法：该方法采用了电子束和等离子冶金技术并结合了定向凝固方法，是世界上最早宣布成功生产出太阳能级多晶硅的冶金法。
同其他制备硅材料技术相比，冶金技术制备太阳能级多晶硅将成为发展光伏产业的主流技术，它的成本低能量回收时间短，环境友
好，通过工艺的进一步优化，降低成本的空间大。
与此同时，厦门大学陈朝教授发表在《厦门日报》的署名文章也表达了同样的看法，他认为，“低成本是发展光伏产业必须解决的关键问题，从成本和长远的观点考虑，冶金法更适合光伏产业。
”
物理冶金法的主要工艺是：选择纯度较好的工业硅进行定向凝固成硅锭，除去硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行破碎与清洗，在电子束炉中除去硼杂质，再进行第二次定向凝固成硅锭，之后除去第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经破碎与清洗后，在电子束熔炼炉中除去磷和碳杂质，直接生成出太阳能级多晶硅。
宁夏发电集团宁电光伏材料公司采用物理冶金法制备太阳能及多晶硅，后续采用直拉法生产单晶硅，制备技术日益成熟，产品质量稳定可靠，在定向凝固工序，积极进行生产工艺改造，使得整个工艺完成时间比原有时间缩短了10个小时左右，大大提高了生产效率；在电子束炉阶段，采用新设备，积极进行工艺技术改进，使得产品品质大幅提高。
宁夏银星能源多晶硅有限责任公司所属的银星多晶硅也是采用物理冶金法，经过几年的技术改造，使得多晶产品品质有了很大提升。
三、物理冶金法生产多晶硅亟需解决的问题
冶金法生产地硅材料不够均匀，杂质含量较高，如何提高光伏转化率，降低光致衰减率等一些世界性难题还没有彻底攻克、除杂机理尚不清晰等，是否将冶金法确定为未来光伏发电材料的主流技术，下结论还为时尚早。
定向凝固法的熔化及凝固过程皆在同一坩
埚中，避免了熔体的二次污染，液相温度梯度接近常数，生长速度可以调节，因此，用定向凝固法所得硅锭制备的电池转换效率较高。
但该制备工艺能耗大、产能较小，多晶硅生长速度慢，且坩埚只能用1次，生产成本较高。
另外，在定向凝固过程中，由于分凝现象铸造多晶硅锭杂质浓度会随着硅锭高度的变化而变化，杂质的最高浓度分布在最后凝固的硅锭顶部和最先凝固的锭底部(由于长时间与坩埚低接触而受固态扩散的污染)。
因而，在硅锭的中部少数载流子的寿命和扩散长度是最高的，而在其顶部与底部少数载流子的寿命明显缩短。
因此，实际生产中多晶硅铸锭头尾料需切除，留去中间部分，降低了材料的利用率。
四、太阳能硅材料的发展趋势
太阳能光伏技术在解决能源短缺、减少环境污染、提供清洁可再生高效能源方面发挥着越来越重要的作用。
目前，多晶硅材料产业的投资资金和技术门槛很高，1个千吨级规模的项目，投资在10多亿元人民币，如技术不过关，产品成本高，形成盲目投资和低水平重复建设的局面，则必然会带来行业混乱，造成资源和能源的浪费，给企业和国家造成损失。
企业应该选取适合自身的工艺技术，加大技术革新，积极开展节能降耗改进工艺，降低生产成本，走真正适合企业自身的发展之路。
参考文献：
[1]阙端麟.硅材料科学与技术[m].杭州:浙江大学出版社,2000.
[2]于站良,马文会,戴永年.太阳能级硅制备新工艺研究进展[j].
轻金属,2006,(3):43-47.
[3]g reen m a.c rystallin e and th in film silicon solar cells state of the art and future poten tial[j].solar e nergy,2003,74(3):181.
[4]卜新平.国内外多晶硅行业现状与发展趋势[j].化学工
业,2008,26(7):32-41.。
