Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Содержание
Введение
. Теоретическая часть
.1 Принцип работы солнечного элемента
.2 Выбор материала для создания солнечных элементов
.3 Технология мультикремния
.3.1 Получение поликристаллического кремния водородным восстановлением трихлорсилана
.3.2 Получение поликристаллического кремния карботермическим методом
.3.3 Получение мультикремния методом направленной кристаллизации
. Проектная часть
.1 Раiёт состава основного и вспомогательного оборудования для получения мультикремния
.2 Раiёт материального баланса
.3 Разработка технологической планировки цеха по производству мультикремния
. Экономическая часть
. Охрана труда
. Экология производства
Выводы
Литература
солнечный кремний карботермический водородный
Введение
Актуальность представленной тематики обусловлена высокими темпами развития солнечной энергетики и расширением географии использования фотоэлектрических систем. Изменение рыночных цен на энергию с учетом возмещения скрытых издержек, связанных с ее производством и использованием, станет одной из крупнейших проблем ближайших десятилетий. В министерстве энергетики США предсказывают, что уже в 2015 г. электроэнергия, производимая с помощью солнечной батареи, станет дешевле, чем электроэнергия, полученная из невозобновляемых источников, и, главное, цена на нее не будет расти.
В связи с тем, что стоимость традиционных источников энергии стремительно растет, в настоящее время в регионах без стационарной сети электропитания вместо дизельных электрогенераторов все чаще применяют ФЭС. Методика использования в нашей стране ФЭС уже давно разработана для всех районов, в т.ч. для Сибири и Дальнего Востока. Это не только позволяет снизить экологическую нагрузку на экосферу, но и экономически выгодно.
Наиболее используемым материалом для фотоэлектрических систем преобразования солнечной энергии в настоящее время является кремний. Его широкое применение обусловлено достаточно большой шириной запрещённой зоны и практически неограниченными природными запасами. Из него изготавливается более 90% полупроводниковых устройств. Сейчас возобновляемые источники дороги, но, по мере их развития и совершенствования, будет неизбежно снижаться их себестоимость. Тенденция развития материалов для солнечной энергетики показывает, что основным материалом для производства ФЭС на ближайшее будущее становится структурно-неоднородный кремний (поликристаллический, аморфный и, особенно, мультикремний), а не более дорогой монокристаллический, как было ранее. В стоимости каждого КВт*ч электроэнергии 90% составляет цена материала, необходимого для производства ФЭС.
В данной работе спроектирован цех для получения мультикремния солнечного качества и показана его экономическую эффективность. Работа состоит из теоретической, проектной, экономической и экологической частей. В теоретической части показаны основные принципы работы солнечного элемента и методы производства кремния для его производства, проведено сравнение технологии и сделан вывод в пользу получения кремния карботермическим восстановлением. В проектный части работы расiитан материальный баланс и показан проект цеха полного цикла для получения мультикристаллического кремния из кварцевого песка. В экономической части расiитано количество работников цеха, эффективность цеха, найдена точка безубыточности предприятия. В экологической части рассмотрены меры защиты окружающей среды, персонала, и материального имущества на производстве, а также перечислены действия, необходимые в случае возникновения ЧС про производстве.
1. Теоретическая часть
1.1 Принцип работы солнечного элемента
Простейшая конструкция солнечного элемента на основе монокристаллического кремния показана на рис. 1 [1] .
Рис.1. Простейшая конструкция солнечного элемента: 1 - свет(фотоны), 2 - фронтальный контакт, 3 - n-слой, 4 - слой p-n перехода, 5 - p-слой, 6 - задний контакт.
Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния, p и n типа. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний, обладающий дырочной проводимостью (p-тип). Снаружи он покрыт очень тонким слоем n-кремния. Это необходимо для того, чтобы носители заряда не терялись из-за рекомбинации в приповерхностном сильнолегированном слое. Расстояние до p-n перехода должно быть меньше глубины проникновения света (определяется по формуле 1/?, где ?-длина световой волны) На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. У границы n- и p- слоёв в результате перетечки зарядов образуются обеднённые зоны с нескомпенсированным объёмным положительным зарядом в n-слое и объёмным отрицательным зарядом в p-слое. Эти зоны в совокупности и образуют p-n-переход. Большинство современных солнечных элементов обладают одним p-n-переходом.
Возникший на переходе потенциальный барьер (контактная разность потенциалов) препятствует прохождению основных носителей заряда, т.е. электронов со стороны p-слоя, но беспрепятственно пропускают неосновные носители в противоположных направлениях. Это свойство p-n-переходов и определяет возможность получения фото-ЭДС при облучении ФЭП солнечным светом. Когда солнечный элемент освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электронно-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу