论文部分内容阅读
随着全球能源消耗增加,太阳能光伏迅速发展,现已成为新能源行业中的重要部分。太阳能级多晶硅是生产制造太阳能电池的重要原料。冶金法由于成本低、能源消耗低、对环境污染小等优点,已成为制备太阳能级多晶硅的重要方法。冶金级硅中硼、磷以及其他杂质的去除是冶金法面临的重要课题。太阳能级多晶硅对于杂质硼的要求是低于0.3ppmw,因为硼会降低少子寿命,从而影响太阳能电池的光电转换效率。本论文以冶金级硅中杂质硼的深度去除为研究目的,通过两种新型三元熔渣CaO-SiO2-ZnCl2和CaO-SiO2-Zn0来探索熔渣精炼除硼的最优实验条件。还对B203在CaO-SiO2二元熔渣中的扩散传质问题进行实验研究,明确了造渣除硼过程的限制性环节。利用CaO-SiO2-ZnCl2和CaO-SiO2-ZnO三元系作为造渣剂,分别在电阻炉和感应炉中对冶金级硅进行精炼除硼实验。结果表明:(1)在电阻加热条件下,对于CaO-Si02-ZnCl2渣系,20%ZnCl2添加量时除硼效果最好,可将硼含量降低到11.95ppmw;对于CaO-SiO2-Zn0渣系,10%ZnO添加量时除硼效果最好,可将硼含量降低到7.51ppmw。两种渣系的除硼效果都随渣硅比的增加而增强,当渣硅比为2:1时除硼效果最好,硼含量分别降低到7.92ppmw和12.09ppmw。精炼时间为3h时,两种渣系可以分别将杂质硼去除至8.91ppmw和8.02ppmw。精炼温度为1823K时,硼含量分别降低到11.95ppmw和13.41ppmw。(2)在电磁感应加热条件下,46%CaO-46%SiO2-8%ZnO熔渣可以将硅中硼含量从12.94ppmw降低至2.18ppmw。通过酸洗可以使硅中硼含量进一步降低至1.52ppmw,去除率提高到88.25%。(3)精炼硅中残留锌经过酸洗以后可进一步降低至4ppmw;通过真空蒸馏处理以后精炼硅中的锌可以降低至0.05ppmw。利用毛细管-熔池扩散装置对B203在37%Ca0-63%Si02二元熔渣中的扩散系数进行了实验测定。并根据37%Ca0-63%Si02二元熔渣精炼实验结果计算了 B203在二元熔渣中的传质系数,从而得到了反应界面与熔渣间的边界层厚度。结果表明:在1723K温度下,在4mm孔径石墨毛细管中扩散30min后,B203在37%Ca0-63%SiO2渣中的扩散系数为5.265×10-9m2/s。利用37%CaO-63%Si02熔渣在直径为35mm的刚玉坩埚中对冶金级硅进行造渣精炼,可以得到B203在37%Ca0-63%SiO2熔渣中的传质系数为6.2×10-6 m/s。渣硅反应界面和熔渣一侧的有效边界层厚度为0.849mm。由此发现B203在熔渣中传质过程是熔渣精炼除硼的限制性环节。