Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
е служит для выхода газов и слива жидкого кремния. Одновременно с вращением тигля вокруг горизонтальной оси производится разогрев твердого порошкообразного кремния факелом плазмотрона (рис.12) [13].
Рис.12.Установка для плазмохимической очистки кремния от бора.
За iет регулирования скорости вращения тигля достигается получение расплава в форме полого цилиндра. Окислительная плазма воздействует на внутреннюю поверхность цилиндра. Обработанный расплав выливается в изложницу при наклоне тигля в вертикальной плоскости. Отсутствие в таком устройстве свободной поверхности расплава кремния резко уменьшает тепловые потери на излучение и безвозвратные потери кремния на испарение.
Параметры работы предложенного устройства: мощность плазмотрона 50 кВт, плазмообразующий газ аргон с добавкой паров воды (5.2% об.), расход газа 5 г/с, время обработки расплава 3О мин, масса очищенного кремния в одной плавке 2,5 кг. Сочетание двухстадийного процесса производства металлургического кремния с обработкой на вращающейся печи позволяет получить кремний с содержанием бора около 0,5*10-6% [35].
Сравнивая два варианта получения поликристаллического кремния, следует отметить, что полученные обоими методами образцы удовлетворяют требованиям, необходимым для производства из них мультикремния, но образцы, полученные методом карботермии, имеет в ~2.5 раза меньшую в производстве стоимость (при снижении КПД продукта на выходе на ~15%) [22,26]. Поэтому мы будем разрабатывать цех производства мультикремния из поликристаллического кремния, полученного карботермическим способом.
1.3.3 Получение мультикремния методом направленной кристаллизации
Наибольшее распространение имеет метод, который проводится в среде инертного газа. В современных установках (рис.14) масса загрузки в тигель может составлять от 300тАж450, и до 800 кг [15].
Рис.14: Схема процесса получения мультикремния методом Бриджмена и фотография получаемого на производстве блока мультикремния.
Расплавление кремния осуществляется в прямоугольных кварцевых тиглях с толщиной стенок ~30 мм . Внутренняя поверхность тиглей покрывается слоем нитрида кремния толщиной ~300 мкм. Кварцевый тигель используют на одну плавку. Покрытие нитридом кремния внутренней поверхности тигля позволяет на порядок снизить концентрацию металлических примесей в слитке мультикремния и повысить в нем время жизни неравновесных носителей заряда. Кристаллизацию расплава осуществляют с малой скоростью (0,25тАж0,33 мм/мин). При кристаллизации поверхность раздела твердой и жидкой фаз (фронт кристаллизации) поддерживается выпуклой в сторону расплава, чтобы избежать нежелательной ("паразитной") кристаллизации от стенок тигля, а также образования пустот и раковин в объеме слитка. Процесс производят в проточной среде аргона. Выращенный слиток охлаждают в ростовой камере до температуры ~570К и затем вместе с кварцевым тиглем, с использованием специальных захватных устройств, выгружают на воздух, где охлаждают до комнатной температуры. Поверхность слитка со всех сторон обрезают на ~30 мм (области с максимальным содержанием примесей). Затем осуществляют раскрой слитка на блоки заданного сечения (156*156 мм) и резку блоков на пластины толщиной 20020 мкм. Схематически устройство установки для производства изображено на рис. 11, а ее технические характеристики и некоторые качественные параметры производимого мультикремния представлены в табл. 3.
Рис.11. Схема промышленной установки для производства кремния методом направленной кристаллизации (методом Бриджмена).
Поскольку практически все известные примесные элементы в кремнии имеют коэффициенты распределения меньше единицы, их оттеснение в жидкую фазу происходит достаточно эффективно, в отдельных случаях кристаллизационную очистку могут производить многократно. В табл. 4 приведены величины концентрации примесей в мультикремний после одно-, двух и трехкратной перекристаллизации. Самый высокий полученный КПД фотоэлементов из мультикремния составляет 16,5% (достигнут на установке в Норвегии) [33]. Использование мультикристаллического кремния признано [30-33] наиболее целесообразным по соображениям: стоимость - качество. Однако этот материал нуждается в дальнейшем усовершенствовании. Выход годного из одного слитка (240 кг, 16 блоков) в ряде случаев зафиксирован на уровне 25тАж30 %. Причины брака - протяженная область n-типа в верхней части слитка, малая область p-типа с удельным электрическим сопротивлением 0,5тАж3,0 Ом*см и ?ннз > 8тАж10 мкс (рис. 12а,б), наличие включений углерода в виде "линз" карбида кремния, различное расположение, размер кристаллитов для центральных и периферийных блоков и др.
Таблица 3. Параметры производимого мультикремния [15].
Параметр (показатель)РазмерностьЧисленное значениеМасса слитка, кгкг400Высота слитка, мммм240Поверхность слитка, мм2мм2840Высота блока, мммм220Количество блоков в слитке, штшт25Площадь пластины, мм2мм2156Толщина пластины, мкммкм20020Толщина реза, мкммкм200Выход при проволочной резке, %Диффузионная длина, мкммкм30...50Удельное электрическое сопротивление, Ом*смОм*см0,5-3Концентрация кислорода, см-3см-310^18Концентрация углерода, см-3см-310^17Длительность цикла, чч50
Таблица 4. Изменение концентрации примесей в случае многократной кристаллизации раствора кремния [15].
Количество перекристаллизацийКонцентрация примесей, 10-3%AlFeCaMgTiMnVCrNiMoCuBP140.026.07.01.01.28.05.01.35.02.013.010.581239.325.86.91.01.18.05
Copyright © 2008-2014 geum.ru рубрикатор по предметам рубрикатор по типам работ пользовательское соглашение