Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?отивлений и времени жизни представлены в табл. 2 [14].
Таблица 2. Характеристики кремния, полученного методом Чохральского и методом Бриджмена
ХарактеристикаМетод ЧохральскогоМетод БриджменаМинимальное значение, удовлетворяющее условиям создания солнечного элементаУдельное сопротивление, Ом*см 0,001...1500,5тАж3 (->10)0.5-20Время жизни неосновных носителей заряда, мкс>25-508-10 (->25)>5 (теор. >2)
В силу кратной дешевизны производства мультикремния по сравнению с монокристаллическим кремнием по методу Чохральского, мы выбираем для производства солнечных элементов мультикристаллический кремний.
К мультикремнию относят прямоугольные блоки поликристаллического кремния, получаемые в больших тиглях (контейнерах) прямоугольной формы методом направленной кристаллизации (методом Бриджмена). При кристаллизации температура расплава кремния в тигле (контейнере) по высоте постепенно понижается тем самым кристаллиты растут в одном направлении постепенно разрастаясь и вытесняя более мелкие кристаллиты. Размер зерна поликристалла выращенного таким образом может достигать в сечении перпендикулярном направлению роста 5-10 мм. Получившиеся блоки обрезают для удаления краевых участков, содержащих частицы тигля-футеровки, а полученный блок разрезают на призмы квадратного сечения с размерами 100х100 мм, 125х125 мм, 150х150 мм, 170х170 мм, 200х200 мм в зависимости от используемой технологии. Эффективность солнечных элементов, изготовленных из пластин, вырезанных по нормали к оси столбчатых кристаллов, в настоящее время составляет 16%, а в опытных образцах достигла 22% , то есть приближается к эффективности элементов на основе монокристаллического кремния при значительно более низкой себестоимости (25%). Время жизни и удельное сопротивление такого материала должны составлять >2мкс и >100 Ом*см соответственно. Сырьем для мультикристаллического кремния может служить как поликристаллический кремний, полученный из технического методом водородного восстановления трихлорсилана, так и кремний, полученный методом карботермического восстановления [13].
.3 Технология мультикремния
Как отмечено в п. 1.2, для производства фотоэлектрических преобразователей пригоден крупноблочный мультикристаллический кремний, структура которого включает монокристаллические зерна размером не менее 2тАж5 мм (рис.6) [4].
Рис.6. Схематическое изображение монокристаллических блоков в мультикремнии.
Ниже представлены оба этих метода, и проведено сравнение их экономической эффективности и технологичской сложности.
Промышленное производство мультикремния включает два этапа: получение очищенного поликристаллического кремния как исходного материала и переработка его методом направленной кристаллизации (методом Бриджмена) с требуемыми параметрами. Рассмотрим последовательно эти этапы.
1.3.1 Получение поликристаллического кремния водородным восстановлением трихлорсилана
Метод основан на последовательности операций:
. Получения технического кремния,
SiС(гв) + Si02 (тв) -" Si(тв) + Si02(г) + СО(г) (3)
. Перевода технического кремния в легколетучее соединение (трихлорсилан),
(тв) + ЗНСl(г) -" SiHCl3(г) + Н2 (г) (4)
. Очистки трихлорсилана,
. Восстановлении трихлорсилана,
SiHC13(г) + Н2 (г) = Si(тв) + ЗНСl(г) (7)
. Проверка качества полученного поликристаллического кремния.
Последовательность операций представлена блок-схемой на рис.8.
Получение технического кремния. Исходным сырьем для большинства изделий микроэлектронной промышленности служит электронный кремний. Первым этапом его получения является изготовление сырья, называемого техническим (металлургическим) кремнием.
Рис.7. Схематическое изображение получения технического кремния в электродуговой печи.
Этот технологический этап реализуется с помощью дуговой печи с погруженным в нее электродом. Печь загружается кварцитом Si02 и углеродом в виде угля, щепок и кокса (рис.7) [3].
Температура реакции Т = 1800С, энергоемкость W = 13 кВт/час. В печи происходит ряд промежуточных реакций. Результирующая реакция может быть представлена в виде реакции:
SiС(гв) + Si02 (тв) -" Si(тв) + Si02(г) + СО(г) (3)
Рис.8. Блок-схема 1: получение поликристаллического кремния восстановлением трихлорсилана.
Получаемый таким образом технический кремний содержит 98% Si, 1-2 % Pb, Аu, В, Р, Са, Cr, Сu, Mg, Мn, Ni, Тi, V.
Получение трихлорсилана. Классическая технология поликристал-лического кремния основана на процессе водородного восстановления трихлорсилана, восстановления тетрахлорида кремния цинком и пиролиза моносилана, Большую часть кремния (около 80%) получают путем водородного восстановления трихлорсилана (ТХС).
Достоинства этого процесса - легкость и экономичность получения ТХС, эффективность очистки ТХС, высокое извлечение и большая скорость осаждения кремния (извлечение кремния при использовании тетрахлорида кремния составляет 15%, а при использовании ТХС - не менее 30%), меньшая себестоимость продукции.
Трихлорсилан обычно получают путем гидрохлорирования кремния: взаимодействием технического кремния с хлористым водородом или со смесью газов, содержащих хлористый водород, при температуре 260-400С.
Процесс синтеза трихлорсилана сопровождается побочными реакциями образования тетрахлорида